CN110518414A - 一种用于usb3.0信号串扰的屏蔽装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，包括电路板、USB3.0接口和wifi接收端，所述USB3.0接口端和所述wifi接收端分别安装于所述电路板，还包括安装于所述电路板的屏蔽件，所述屏蔽件包括依次连接的第一馈电引脚、环状屏蔽部和第二馈电引脚，所述环状屏蔽部位于所述USB3.0接口的正上方，且所述屏蔽件为金属件，依次连接的所述第一馈电引脚、所述环状屏蔽部和所述第二馈电引脚的总长度为120～125mm。屏蔽件结构紧凑，不占用电路板的有效空间，其安装不需要改动电路板的原本设计，大大增强了设计的便利性和适用性。

Description

一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置。
背景技术
随着民用通信的吞吐量需求日益增大，为了配合5G、WIFI6以及MIMO等高吞吐量技术的传输，高速USB3.0接口被广泛地使用。USB3.0采用5GHz的传输频率，将4条数据线路以全双工的形式传输，每条数据线的基准频率为2.5GHz；再加上USB3.0引入了SSC(SpreadSpectrum Clock，时钟扩频)技术，将原本集中在2.5GHz的传输能量分散到了临近频带上，这就导致了对临近频段，尤其是2.4～2.5GHz这个被WIFI、蓝牙等协议广泛应用的频段的信号干扰，影响其接收灵敏度。
现有技术中解决USB 3.0辐射串扰的方案，大多数采用增加金属屏蔽罩的形式，屏蔽罩相当于一个滤波器，放置于电磁波的传播路径上，对其中的一部分频段形成高阻抗，阻抗比越大，屏蔽效能越好，以此对干扰电磁波进行屏蔽。但金属屏蔽罩的设置需要占用设备空间，大多数产品会根据自身的硬件布局进行定制化设计，其设计多变且不规范，金属屏蔽罩的性能也参差不齐；现有技术中还有将WIFI天线位置在设计时尽量远离USB3.0接口的屏蔽方式，但不是所有产品都有条件满足这一要求；也有解决方案在信号发生串扰时将USB3.0的传输模式切换为2.0的传输模式，大大牺牲了传输速度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，对USB3.0接口辐射的电磁波进行抑制，有效削弱其对wifi信号频段的影响，提高该信号频段的接收灵敏度，且结构简单紧凑，以克服现有技术中的不足之处。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，包括电路板、USB3.0接口和wifi接收端，所述USB3.0接口端和所述wifi接收端分别安装于所述电路板，还包括安装于所述电路板的屏蔽件，所述屏蔽件包括依次连接的第一馈电引脚、环状屏蔽部和第二馈电引脚，所述环状屏蔽部位于所述USB3.0接口的正上方，且所述屏蔽件为金属件，依次连接的所述第一馈电引脚、所述环状屏蔽部和所述第二馈电引脚的总长度为120～125mm。
优选的，所述环状屏蔽部所围成的平面与所述电路板的表面相互平行。
优选的，所述环状屏蔽部与所述电路板的距离为5～7mm。
优选的，所述环状屏蔽部的起始端和末端之间的垂直距离为0.8～1.2mm。
优选的，所述环状屏蔽部的形状为圆形、三角形、梯形、菱形或不规则形状。
优选的，所述环状屏蔽部的形状为矩形，所述矩形的任一转角处设置有补偿臂。
优选的，所述第一馈电引脚与所述环状屏蔽部之间还连接有第一连接臂，所述第一连接臂与所述第一馈电引脚位于同一平面，所述第二馈电引脚与所述环状屏蔽部之间还连接有第二连接臂，所述第二连接臂与所述第二馈电引脚位于同一平面；依次连接的所述第一馈电引脚、所述第一连接臂、所述环状屏蔽部、所述第二连接臂和所述第二馈电引脚的总长度为120～125mm。
优选的，所述环状屏蔽部的侧边延伸有第一加强部和第二加强部，所述第一加强部和所述第一连接臂连接，且所述第一加强部和所述第一连接臂位于同一平面；所述第二加强部和所述第二连接臂连接，且所述第二加强部和所述第二连接臂位于同一平面。
优选的，所述第一连接臂和所述第一加强部之间留有间隙，所述第二连接臂和所述第二加强部之间留有间隙，所述间隙的宽度为0.8～1.2mm。
优选的，所述第一馈电引脚、所述第一连接臂和所述第一加强部为第一连接组件，所述第二馈电引脚、所述第二连接臂和所述第二加强部为第二连接组件，所述第一连接组件和所述第二连接组件成轴对称设置，所述第一馈电引脚和所述第二馈电引脚分别位于所述USB3.0接口的两侧。
本发明的有益效果：
1、屏蔽件结构紧凑，不占用电路板的有效空间，其安装不需要改动电路板的原本设计，大大增强了设计的便利性和适用性；
2、本技术方案中屏蔽件的焊接点只在第一馈电引脚和第二馈电引脚，可以有效降低屏蔽件焊接时对电路板的不良影响；
3、屏蔽件的设计可以有效解决现有技术中金属屏蔽罩接线困难以及信号传输的距离变长，容易造成损耗的增大的技术问题。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1中A处的放大图。
图3是本发明另一个实施例中屏蔽件的结构示意图。
图4是本发明图3的慰的实施例中屏蔽件的主视图。
其中：电路板1；USB3.0接口2；wifi接收端3；屏蔽件4；安装部401；第一馈电引脚41；环状屏蔽部42；第二馈电引脚43；补偿臂421；第一连接臂441；第二连接臂442；第一加强部451；第二加强部452。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，包括电路板1、USB3.0接口2和wifi接收端3，所述USB3.0接口端2和所述wifi接收端3分别安装于所述电路板1，还包括安装于所述电路板1的屏蔽件4，所述屏蔽件4包括依次连接的第一馈电引脚41、环状屏蔽部42和第二馈电引脚43，所述环状屏蔽部42位于所述USB3.0接口2的正上方，且所述屏蔽件4为金属件，依次连接的所述第一馈电引脚41、所述环状屏蔽部42和所述第二馈电引脚43的总长度为120～125mm。
本技术方案提出了一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，如图1-2所示，包括电路板1、USB3.0接口2和wifi接收端3，在USB3.0接口2的上方设置了能够屏蔽wifi信号频段的屏蔽件4，屏蔽件4通过第一馈电引脚41和第二馈电引脚43安装于电路板1，并且与电路板1共地连接。屏蔽件4原理上属于被动天线，其工作时的屏蔽原理如下：
当USB3.0接口2开始传输数据时，上电后USB3.0接口2就会相当为一个辐射源向外产生影响wifi信号频段的辐射电场；此时，位于USB3.0接口2上方的金属材质的屏蔽件4由于辐射电场的作用，会在自身的环状屏蔽部42表面激励起感应电流；由于感应电流为交变电流，同时会产生感应电场，而且感应电场的方向一定是与激励其的原电场(即辐射电场)的矢量方向相反；当同时存在于USB3.0接口2的上方的辐射电场和感应电场相互叠加时，感应电场就会削弱辐射电场的电场强度。
具体地，本技术方案的主要目的在于屏蔽2.4～2.5GHz这个被wifi、蓝牙等协议广泛应用的频段的信号干扰。如果要屏蔽2.4～2.5GHz这个信号频段，根据感应电流在屏蔽件4上传输所走的总路程需要与辐射电磁波在空气中传播的波长相匹配的原理，屏蔽件4的长度设计需要与辐射电磁波在空气中传播的波长相等。因此，根据所要屏蔽的信号频段范围，将屏蔽件4依次连接的第一馈电引脚41、环状屏蔽部42和第二馈电引脚43的总长度限定为120～125mm。需要说明的是，第一馈电引脚41和第二馈电引脚43与电路板1的连接点为电路板1的上表面。
优选的，所述第一馈电引脚41和所述第二馈电引脚42的底部还连接有用于安装所述屏蔽件4的安装部401，所述安装部401安装于所述电路板1的边缘。
与现有技术中的金属屏蔽罩相比，本技术方案中的屏蔽件4存在以下三方面的优越性：第一，屏蔽件4结构紧凑，不占用电路板1的有效空间。由于屏蔽件4只通过第一馈电引脚41和第二馈电引脚43安装于电路板1，在本技术方案的一个优选方案中，屏蔽件4的第一馈电引脚41和第二馈电引脚43下连接的安装部401安装于电路板1的边缘，其安装不需要改动电路板1的原本设计，大大增强了设计的便利性和适用性；第二，金属屏蔽罩在安装时，需要围绕USB3.0的接口端进行高温焊接，由于焊接的范围大，导致焊缝长、焊接时间长，当焊接产生的热量传到电路板时，会使电路板的功能受到一定影响，而本技术方案的焊接点只在第一馈电引脚41和第二馈电引脚43，可以有效降低屏蔽件4焊接时对电路板1的不良影响；第三，金属屏蔽罩的四周，除了用于USB3.0的接口端与数据线连接的一侧是敞开的之外，其余三个侧面均是焊接封闭的，当USB3.0的接口端需要与其他外接设备连接时，则需要绕过金属屏蔽罩的焊缝进行接线，首先是接线困难，其次是绕线的接线方式导致信号传输的距离变长，容易造成损耗的增大，而四周镂空设计的屏蔽件4则可以有效地解决这个问题。
需要说明的是，辐射源(即本技术方案中的USB3.0接口2)所产生的辐射电磁波具备方向性，位于辐射源的正上方的电磁波强度是最强的，而位于辐射源四周的电磁波强度是较弱的，本技术方案通过设置在USB3.0接口2上方的屏蔽件4，有效地削弱辐射电磁波对wifi信号频段的信号干扰，提高其接收灵敏度。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42所围成的平面与所述电路板1的表面相互平行。
由于位于USB3.0接口2上方的电磁波强度是最强的，环状屏蔽部42所围成的平面与所述电路板1的表面相互平行，使得环状屏蔽部42在竖直方向上的投影面积达到最大，可以最大范围地屏蔽具备不同方向的电磁波，提高屏蔽效果。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42与所述电路板1的距离为5～7mm。
在屏蔽件4的装配过程中，可能会出现由于装配误差而导致所要屏蔽的频率波长不再与屏蔽件4的长度相匹配的情况，或者在屏蔽件4的长期使用中，可能会出现由于结构强度的下降、人为的碰撞而导致所要屏蔽的频率波长不再与屏蔽件4的长度相匹配的情况。为了提升屏蔽件4的屏蔽可靠性，本技术方案还限定了环状屏蔽部42与电路板1的距离为5～7mm，这是因为屏蔽件4工作时的工作频率与环状屏蔽部42到电路板1的距离相关，当距离变长，屏蔽件4的工作频率范围越宽，所要屏蔽的频率带宽越宽。当屏蔽件4所要屏蔽的频率带宽越宽，可在一定程度上补偿由于屏蔽件4的长度减少而带来的影响，提升屏蔽件4的屏蔽可靠性。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42的起始端和末端之间的垂直距离d为0.8～1.2mm。
为保证较为理想的耦合效果，将环状屏蔽部42起始端和末端之间的距离限定为0.8～1.2mm，如图4中间距d所示，当距离d小于0.8mm时，容易破坏感应电流在屏蔽件4上的传输路径，具体表现为当感应电流在环状屏蔽部42的距离较小的两端串行时，减少了感应电流在屏蔽件4上传输时所走的路程，容易使其与所要屏蔽的频率波长不再匹配；而当距离大于1.2mm时，则需要占用较大的安装空间。进一步地，环状屏蔽部42两端的距离优选为1mm。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42的形状为圆形、三角形、梯形、菱形或不规则形状。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42的形状为矩形，所述矩形的任一转角处设置有补偿臂421。
在本技术方案的一个实施例中，环状屏蔽部42的形状为矩形，如图3所示，其中，矩形的任一转角处设置有补偿臂421。这是由于在感应电流传输的过程中，若电流遇到转角时，电流密度在转角处会急剧加大，为了保证感应电流在转角处的电流传输连续性，在环状屏蔽部42的转角处设置有补偿臂421，可以有效地缓解电流密度在环状屏蔽部42转角处的急剧加大。
优选的，所述补偿臂421的面积范围为4.2～7.8mm2，若补偿臂421的面积过小则不能有效地起到缓解作用，若补偿臂421的面积过大，容易增加屏蔽件4的长度，使感应电流传输时所走的路程与所要屏蔽的频率波长不再匹配。进一步地，所述补偿臂421的面积优选为6mm2。
具体地，补偿臂421可以与环状屏蔽部42位于同一平面，或者补偿臂421可以与第一馈电引脚位于同一平面，但补偿臂421的位置设置不仅限于这两种情形。补偿臂421的形状可以为圆形、三角形、梯形、菱形或不规则形状，但补偿臂421的形状不仅限于这几种情形。
更进一步说明，所述第一馈电引脚41与所述环状屏蔽部42之间还连接有第一连接臂441，所述第一连接臂441与所述第一馈电引脚41位于同一平面，所述第二馈电引脚43与所述环状屏蔽部42之间还连接有第二连接臂442，所述第二连接臂442与所述第二馈电引脚42位于同一平面；依次连接的所述第一馈电引脚41、所述第一连接臂441、所述环状屏蔽部42、所述第二连接臂442和所述第二馈电引脚43的总长度为120～125mm。
在本技术方案的一个实施例中，馈电引脚与环状屏蔽部42之间设置有连接臂，具体地，包括与第一馈电引脚41的第一连接臂441、与第二馈电引脚43的第二连接臂442。连接臂的设计，可以保证环状屏蔽部42与电路板1的距离不变的前提下，减少屏蔽件4所占用的空间范围，屏蔽件4的结构更加紧凑，进一步提高其安装的便利性和适用性。
更进一步说明，所述环状屏蔽部42的侧边延伸有第一加强部451和第二加强部452，所述第一加强部451和所述第一连接臂441连接，且所述第一加强部451和所述第一连接臂441位于同一平面；所述第二加强部452和所述第二连接臂442连接，且所述第二加强部452和所述第二连接臂442位于同一平面。
环状屏蔽部42的侧边延伸有第一加强部451和第二加强部452，第一加强部451和第二加强部452可有效增加屏蔽件4的结构强度，有利于避免屏蔽件4在长期使用中变形的情况，防止其引起的环状屏蔽部42与电路板1的距离变化等导致其与所要屏蔽的频率波长不再匹配的情况。
更进一步说明，所述第一连接臂441和所述第一加强部451之间留有间隙a，所述第二连接臂442和所述第二加强部452之间留有间隙a，所述间隙a的宽度为0.8～1.2mm。
为保证较为理想的耦合效果，将第一连接臂441和第一加强部451、第二连接臂442和第二加强部452之间所形成间隙宽度限定为0.8～1.2mm，如科4中间隙a所示，当间隙a宽度小于0.8mm时，容易破坏感应电流在屏蔽件4上的传输路径，具体表现为当感应电流在连接臂和加强部所形成的间隙串行时，减少了感应电流在屏蔽件4上传输时所走的路程，容易使其与所要屏蔽的频率波长不再匹配；而当间隙a宽度大于1.2mm时，则需要占用较大的安装空间。进一步地，间隙a宽度优选为1mm。
更进一步说明，所述第一馈电引脚41、所述第一连接臂441和所述第一加强部451为第一连接组件，所述第二馈电引脚43、所述第二连接臂442和所述第二加强部452为第二连接组件，所述第一连接组件和所述第二连接组件成轴对称设置，所述第一馈电引脚41和所述第二馈电引脚43分别位于所述USB3.0接口2的两侧。
第一连接组件和第二连接组件成轴对称设置，对称的结构设计可以降低配件生产时的生产成本，同时降低加工难度。进一步地，对称的结构设计还可在一定程度上增加屏蔽件4的结构强度，有利于避免屏蔽件4在长期使用中变形的情况，防止其引起的环状屏蔽部42与电路板1的距离变化等导致其与所要屏蔽的频率波长不再匹配的情况。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，包括电路板、USB3.0接口和wifi接收端，所述USB3.0接口端和所述wifi接收端分别安装于所述电路板，其特征在于：还包括安装于所述电路板的屏蔽件，所述屏蔽件包括依次连接的第一馈电引脚、环状屏蔽部和第二馈电引脚，所述环状屏蔽部位于所述USB3.0接口的正上方，且所述屏蔽件为金属件，依次连接的所述第一馈电引脚、所述环状屏蔽部和所述第二馈电引脚的总长度为120～125mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部所围成的平面与所述电路板的表面相互平行。
3.根据权利要求2所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部与所述电路板的距离为5～7mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部的起始端和末端之间的垂直距离为0.8～1.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部的形状为圆形、三角形、梯形、菱形或不规则形状。
6.根据权利要求1所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部的形状为矩形，所述矩形的任一转角处设置有补偿臂。
7.根据权利要求6所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述第一馈电引脚与所述环状屏蔽部之间还连接有第一连接臂，所述第一连接臂与所述第一馈电引脚位于同一平面，所述第二馈电引脚与所述环状屏蔽部之间还连接有第二连接臂，所述第二连接臂与所述第二馈电引脚位于同一平面；依次连接的所述第一馈电引脚、所述第一连接臂、所述环状屏蔽部、所述第二连接臂和所述第二馈电引脚的总长度为120～125mm。
8.根据权利要求7所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述环状屏蔽部的侧边延伸有第一加强部和第二加强部，所述第一加强部和所述第一连接臂连接，且所述第一加强部和所述第一连接臂位于同一平面；所述第二加强部和所述第二连接臂连接，且所述第二加强部和所述第二连接臂位于同一平面。
9.根据权利要求8所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述第一连接臂和所述第一加强部之间留有间隙，所述第二连接臂和所述第二加强部之间留有间隙，所述间隙的宽度为0.8～1.2mm。
10.根据权利要求9所述的一种用于USB3.0信号串扰的屏蔽装置，其特征在于：所述第一馈电引脚、所述第一连接臂和所述第一加强部为第一连接组件，所述第二馈电引脚、所述第二连接臂和所述第二加强部为第二连接组件，所述第一连接组件和所述第二连接组件成轴对称设置，所述第一馈电引脚和所述第二馈电引脚分别位于所述USB3.0接口的两侧。
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