2016年4月5日 星期二

WiFi 進入第五代之後,急需渴望USB 3.0介面頻寬

WiFi 進入第五代之後,急需渴望USB 3.0介面頻寬的周邊裝置即為無線網卡,特別是進入802.11ac之後,1T1R就有433Mbps的頻寬。

2T2R的吞吐量就必須呼叫USB 3.0頻寬來幫忙,否則以USB 2.0的理論頻寬480Mbps來計算,將成為802.11ac無線網卡的傳輸瓶頸。

大家所熟知的USB 2.0使用4根接腳,除電源和接地各用去1根外,剩下的2條線材負責傳輸訊號,採用稱做差動訊號(Differential Signal)的方式傳輸。與1根訊號1根接地的傳輸方式比較,差動訊號同時在2根導線上傳遞訊號,訊號振幅相同、相位相反。
這麼做有4大好處,首先就是抗干擾能力佳,因為外來的電磁干擾同時作用在2條導線上(共模雜訊),兩者相減之後的值不變;再來則因傳遞相位相反的訊號,2條導線產生的電磁場相互抵消,對外電磁干擾小;再者則是因為以2條導線正負號交替作為判斷依據,而非採用電壓判斷,因此比較不容易受到零件溫度變化影響;最後就是差動訊號的電壓改變幅度可以做到比較小,降低裝置耗電量。
USB 2.0傳輸速度為480Mbps,所以差動訊號必須為240MHz,USB 3.0則是以USB 2.0的基礎再往上新增5條線(包含USB 2.0的4條總共為9條),4條線分別組成2對差動訊號傳,提供全雙工傳輸能力,剩下的1條做為整條導線的遮蔽以及接地。差動訊號運作頻率上也有所增加,從240MHz大幅提升至2.5GHz,才能達到5Gbps的頻寬。


USB 3.0展頻之後的能量分布很不幸的覆蓋到2.4GHz頻段

目前廣泛使用的無線傳輸技術大多集中於2.412~2.462GHz這個ISM頻段之間,802.11 b/g/n、藍牙、或是其他使用私有無線傳輸技術的滑鼠鍵盤都在這個頻段之內,跟USB 3.0差動訊號2.5GHz相當靠近。USB 3.0展頻之後的能量分布很不幸的覆蓋到2.4GHz頻段,而且原本單一的2.5GHz干擾展頻後,變成從直流到數GHz的寬頻干擾,無法使用濾波器完整濾波。
USB論壇針對此一現象,也僅能呼籲製造商將遮蔽做好,從USB插槽、線材、直到外接裝置端都需要做屏蔽接地的動作,盡量壓低輻射出來的電磁波。


因為Broadcom BCM4708網路SoC晶片的出現,加入了USB 3.0連接埠,使得產品天線和連接埠相當接近,因而惡化了這問題(訊號強度與距離呈現2次方反比),迫使廠商不得不加強USB 3.0埠的遮蔽,或是直接在網頁管理介面裡提供關閉的選項,以避免無線網路速率下降或是連線範圍縮小等問題。
另一方面隨著USB 3.0控制器內建在筆電晶片組當中,數量也越來越多,使用者把儲存裝置或是無線接收器插在USB 3.0埠的機會大增,無線接收器的天線直接緊鄰干擾源,不用筆者敘述也知道這是件很糟的事。


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