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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳建儒
研究生(外文):Chen, Chien-Ju
論文名稱:高速連接器USB 3.1(Gen1)對筆記型電腦無線區域網路2.4 GHz之電磁干擾效應與解決技術分析
論文名稱(外文):The Countermeasures and Analyses of Highspeed USB 3.1(Gen1) Connector Impact on 2.4 GHz Wireless Network of Notebook.
指導教授:程光蛟
指導教授(外文):Tiong, Kwong-Kau
口試委員:林漢年楊昌正程光蛟
口試委員(外文):Lin, Han-NienYang, Chang-ZhengTiong, Kwong-Kau
口試日期:2019-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:USB 3.1(Gen1)資料吞吐量共模扼流圈吸波材
外文關鍵詞:USB 3.1(Gen1)ThroughputCommon mode chokeAbsorber
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隨著現今社會應用需求,高速訊號傳輸成為必要的產品技術,但在高速傳輸訊號的同時,將伴隨產生高頻且高能量之電磁訊號。這些電磁訊號會導致電子裝置周邊的無線裝置(如無線鍵盤、滑鼠、802.11b/g/n與藍牙等)操作延遲、斷線等傳輸品質下降的問題。市面上筆記型電腦設計以輕、薄、短、小為設計主流,因此筆記型電腦內部可利用空間變少,使得天線位置離USB 3.1(Gen1)更近,天線容易收到來自系統的雜訊干擾。因此,訊號傳輸所衍生之電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)的抑制問題也變得越來越重要。

本篇論文針對USB 3.1(Gen1)裝置與可轉換筆記型電腦無線區域網路間的電磁干擾,藉由電磁場之量測來確認干擾源特性與干擾路徑,採用電路板佈線與不同的電子濾波器:共模扼流圈、金屬電磁遮蔽材料及電磁波吸波材作為抑制雜訊的使用。並透過硬碟速度測試軟體(CrystalDiskMark)、分析訊號品質(Eye Diagram)及資料吞吐量(Throughput)來確認USB 3.1裝置沒有資料讀寫的錯誤並具有良好的無線通訊品質。
In the modern competitive consumer electronic market, a viable feature for Notebook is compactness in term of ultra-lightness and thinness. Therefore, the available space inside a Notebook is extremely limited. The spacing between the antenna and USB 3.1(Gen1) needs to be reduced to accommodate housing of other peripherals, rendering the antenna susceptible to electromagnetic interference (EMI). The generated EMI will have adverse impact on 2.4 GHz Wireless Network and wireless devices such as wireless keyboards, mice, 802.11b/g/n and Bluetooth manifested as time-lagged in response and intermittent or complete disconnection in data transmission. Therefore, the suppression technology of EMI played an ever increasing role in the wellbeing of the Notebook industry.

This thesis focuses on the EMI issue between the USB 3.1(Gen1) device and Wireless Local Area Network of a Convertible Notebook. The electromagnetic field is measured to identify the interference source and the interference path. The electromagnetic noise suppression measures adopted in this study including making changes in circuit board layout, the using of different electronic filters to filter out the spurious signals, implementing common mode chokes, and the use of electromagnetic shielding materials and absorber materials. The effectiveness of the countermeasures in alleviating the EMI with the Notebook in different operating modes were studied by using the hard disk speed test software (CrystalDiskMark) to analyze the signal quality (Eye Diagram) and data throughput to ascertain the satisfaction of consumer specifications on good data transmission quality of the USB3.1 device.
摘要 I
Abstract II
目次 III
圖目次 V
表目次 VIII
1. 第一章 緒論 1
1.1 研究動機與研究目的 1
1.2 章節概述 3
2. 第二章 USB 3.1(Gen1)與無線網路間電磁干擾效應分析 4
2.1 USB發展與演進 4
2.1.1 USB 3.1(Gen1)原理簡介 5
2.1.2 USB 3.1(Gen1)應用架構 8
2.2 筆記型電腦無線網路應用簡介 11
2.2.1 無線網路簡介 11
2.2.2 常見之筆記型電腦天線簡介 14
2.3 電磁波輻射特性簡介[10] 16
2.3.1 高速電路板常見之問題分析[11] 19
2.3.2 高速電路板線路電磁干擾防制[11] 28
2.4 USB 3.1(Gen1)產生電磁干擾影響2.4 GHz WLAN之分析 33
2.5 載台雜訊測試系統介紹 35
2.5.1 筆記型電腦產業界定義之雜訊規範 37
2.6 眼圖介紹(Eye Diagram) 42
2.7 資料吞吐量介紹(Throughput) 44
2.7.1 資料吞吐量設備架構與測試方式 45
2.7.2 資料吞吐量測試軟體 47
2.7.3 筆記型電腦產業界定義之資料吞吐量規範 49
3. 第三章 USB 3.1(Gen1)電磁干擾雜訊分析與改善原理 50
3.1 原始資料與測試流程介紹 50
3.1.1 原始系統載台雜訊與資料吞吐量驗證 52
3.2 電子濾波技術:共模扼流圈簡介[20] 59
3.2.1 共模扼流圈與載台雜訊驗證和測試數據 63
3.3 電磁波吸波材簡介 68
3.3.1 電磁波吸波材與載台雜訊驗證和測試數據 70
3.4 電磁波金屬屏蔽材料(馬口鐵、鋁箔、銅箔、導電布)簡介[4] 75
3.4.1 電磁波金屬屏蔽材料與載台雜訊驗證和測試數據 81
4. 第四章 系統改善對策與最佳化分析 85
4.1 電子濾波技術:共模扼流圈量測數據分析 85
4.2 眼圖與硬碟速度量測數據分析 86
4.3 電磁波金屬遮蔽材料與電磁波吸波材料對策量測數據分析 88
4.4 最佳化對策與載台雜訊和資料吞吐量傳輸驗證 91
5. 第五章 結論 95
參考文獻 97
[1] Ching-Hsien Lin,2009,Impact Analysis of Laptop Platform Noise on Wireless
Communication Performance and Antenna Characteristics,私立逢甲大學碩士論文
[2] Intel白皮書USB 3.0 Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless
Devices,網址: http://www.usb.org/developers/docs/whitepapers/327216.pdf,上網日期:2019-03-01
[3] 村田製作所,信號線用共模扼流線圈的特性和選擇方法,網址:https://www.murata.com/zh-cn/products/emiconfun-tw/emc/2016/11/15/20161115-p1,上網日期:2018-11-02
[4] 每日頭條,七種常見電磁屏蔽材料介紹及技術指標,網址:https://kknews.cc/news/5gz89k6.html,上網時間:2018-11-15
[5] Meng-Chou Chien,2014,Research on Electromagnetic Interference Suppression Schemes for USB3.0 Control Circuit,國立海洋大學碩士論文
[6] USB 3.2到底升級了哪些地方?,網址:http://www.ifuun.com/a201710196161849/,上網日期:2019-04-01
[7] USB-IF,USB Type-C™ Cable and Connector Specification,網址:https://www.usb.org/usb-type-ctm-cable-and-connector-specification,上網日期:2018-12-01
[8] 手機、筆電都能用!認識新一代傳輸埠USB Type-C,網址:https://www.sogi.com.tw/articles/usb_type_c/6242911,上網日期:2019-01-02
[9] 無線網路,網址:http://opencourse.ncyu.edu.tw/ncyu/file.php/15/week11/%E7%84%A1%E7%B7%9A%E7%B6%B2%E8%B7%AF.pdf,上網日期:2018-10-23
[10] 董天光,2018,電磁干擾防與量測,全華圖書
[11] Liao, Kuo-Peng,2016,Wireless Transmission Interference in Notebooks from USB3.x noise: Countermeasures and Analysis in accordance with protocol 802.11n,國立海洋大學碩士論文
[12] 在真實世界裡的EMI控制,網址: http://www.lcis.com.tw/paper_store/paper_store/emi-layout-2015517185324640.pdf,上網日期:2018-11-23
[13] 伊藤建一,2004,圖說接地與雜訊(Earth & Noise),建興文化事業有限公司
[14] Mark I. Montrose,2003,網址:http://cdn14.21dianyuan.com/download.php?id=36456,上網日期:2019-02-21
[15] 信號與雜訊的關係,網址:http://www.rdm.com.tw/assets/uploads/files/a0475-.pdf,上網時間:2018-11-09
[16] Wei-Feng Lin,2014,Analysis and Verification for USB3.0 Platform Noise and Transmission distance,私立淡江大學碩士論文
[17] Mu-Chi Chen,Level Strength Effect on Eye Diagram and Electromagnetic Interference for High Definition Multimedia Interface Systems,私立淡江大學碩士論文
[18] 電源設計技術資訊網站,EMC基礎-差模(常模)雜訊與共模雜訊,網址:https://micro.rohm.com/tw/techweb/knowledge/emc/s-emc/01-s-emc/6899,上網日期:2018-10-20
[19] 村田製作所,噪聲對策的基礎 【第6講】 片狀共模扼流線圈,網址:https://www.murata.com/zh-cn/products/emiconfun-tw/emc/2011/10/28/tw-20111028-p1,上網日期:2018-10-29
[20] 村田製作所,共模扼流线圈选择要点,網址:https://www.murata.com/zh-cn/products/emc/emifil/selectionguide/highspeed,上網日期:2018-10-25
[21] MoneyDJ,馬口鐵,網址:https://www.moneydj.com/KMDJ/wiki/WikiViewer.aspx?Title=%E9%A6%AC%E5%8F%A3%E9%90%B5,上網時間:2018-11-11
[22] 有德科技有限公司,導電布,網址:https://www.u-tek.com.tw/style/frame/templates15/product_detail.asp?lang=1&customer_id=2636&name_id=127949&content_set=color_2&Directory_ID=71601&id=381831,上網時間:2018-11-19
[23] 雷竣翔、朱博顯、陳建儒,2013,Electronic Device And Electromagnetic Wave Shielding Module Thereof,中華民國專利I533793
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[25] Cheng-Feng Lin,2007,The Study of Frequency Properties of Shielding and Absorptive Material for Electromagnetic Wave,國立臺北科技大學
[26] SI、PI、EMC學習平台,S-parameter -- 基礎篇,網址:http://www.oldfriend.url.tw/SI_PI/s_parameter%20basic.htm#%E7%9C%8B%E4%B8%80%E6%A2%9D%E7%B7%9A%E7%9A%84%E7%89%B9%E6%80%A7,上網日期:2018-11-10
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