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      噪聲對策指南

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      株式會社村田制作所的共模扼流線圈擁有廣泛産品陣容, 信号線用共模扼流線圈中,根據特性和尺寸需求,可選擇不同産品。下面來介紹下,如何從特性角度選擇合适的共模扼流線圈。

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      講解共模扼流線圈的特性之前,來首先介紹共模信号和差模信号的概念。

      雖然這些概念在「噪聲對策的基礎 【第6講】 片狀共模扼流線圈」中已講解過,本次将以對使用2根信号線進行數據傳輸的差動傳輸為例,再次講解一下。

      正如「為何高速傳輸是差分傳輸?」中介紹的一樣。差動傳輸是用于高速數據傳輸的一種方式。例如智能手機的攝像頭和顯示屏等所用的MIPI® 、電腦的HDMI® 和DisplayPort、USB等,都是差動傳輸方式。

      如圖1所示,差動傳輸的2根線中,彼此的相位(表示電壓波形和電流波形的偏差)是逆向信号進行傳輸的。

      将這個信号稱為差模信号,通過差模信号進行數據傳輸。(差模有時候也稱為普通模式),相對于差模信号,還有一種稱為共模信号的信号,在2根線中同相進行信号傳輸。

      對于差模信号來說,共模信号是不需要的信号,也就是噪聲,由此稱其為共模噪聲。

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      圖1 差動傳輸中的差模信号和共模信号

      高速差動傳輸信号如圖1所示,差模信号中混雜着共模噪聲。收到差分信号時,差模信号互相加強,共模噪聲互相取消。像這樣的差動傳輸方式不易受到共模噪聲的影響。

      如圖2 所示,在遠處觀察差動傳輸的放射信号,信号是相互重疊的。此時,差模信号互相抵消,共模噪聲互相加強。也就是說,在遠處易受共模噪聲影響。

      在類似噪聲問題發生時,将共模扼流線圈串入差動傳輸線,能夠有效去除共模噪聲。

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      圖2 差動傳輸的放射噪聲

      如圖3所示共模扼流線圈串入差分信号線,共模扼流線圈能夠使數據傳輸時必要的差模信号通過,同時降低共模噪聲。

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      圖3 串入差分信号線的共模扼流線圈

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      事實上由于共模扼流線圈,差模噪聲多少會降低。此外,差模信号和共模信号由于頻率不同,發生的縮減量也有所不同。用差模插入損耗Sdd21的頻率特性和共模插入損耗Scc21來表示這樣的共模扼流線圈的特性。(Sdd21和Scc21是混合模式4端口S參數的一部分)

      差模插入損耗Sdd21的頻率特性如圖4所示,共模插入損耗Scc21的頻率特性如圖5所示。圖4和圖5的插入損耗越深表示損耗越大。如圖4所示,差模信号頻率越高損耗越大。如圖5所示,共模插入損耗Scc21是具有峰值的曲線,頻率不同,共模噪聲的除去效果也有所不同。

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      圖4 差模插入損耗(傳輸特性)
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      圖5 共模插入損耗(傳輸特性)

      差動傳輸的信号頻率由于各接口方式不同而不同,據此共模扼流線圈也會随之發生變化。

      可根據傳輸信号波形判斷共模扼流線圈是否适用。一般來說共模扼流線圈的截止頻率以差動傳輸規格信号頻率的3倍使用。所謂的截止頻率是差模插入損耗變成3dB時的頻率。

      但是,即使在3倍以下,也以信号波形上不發生問題為多,這至多是一個參考。(因為在各接口上規定了穿孔圖等信号質量的标準,所以最終是對照這個标準,判斷合适與否)
      一方面,問題噪聲和它的頻率根據終端不同而不同,據此合适的共模插入損耗的頻率特性也随之發生改變。

      例如,發生超過輻射規章标準規定的限定值噪聲時,在那個噪聲的頻帶内選擇共模插入損耗大的更有效。

      此外,差動傳輸反射的共模噪聲有時會對自身的LTE和Wi-Fi等無線通信功能造成不良影響(圖6)。可以認為因與無線通信發生同樣頻率的共模噪聲,天線接收了這個噪聲才造成的。将其稱為抑制接收靈敏度。此時,通過插入共模扼流線圈,可抑制共模噪聲的放射,改善接收靈敏度。

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      圖6 通信功能劣化(抑制接受靈敏度)事例

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      以在700MHz~900MHz具有的LTE的band内,由于差模的MIPI® 放射噪聲,抑制接受靈敏度的情況為例,介紹共模扼流線圈的選擇方法。

      在此設定MIPI®  的信号頻率為500MHz。在這個例子當中,我們将看一下,如圖7和圖8所示的所具有的2種類型的共模扼流線圈A(DLP0QSA150HL2)、B(NFP0QSN112HL2),哪個更合适。

      首先,看一下圖7的差模插入損耗。信号頻率的3倍是1.5GHz。無論哪個共模扼流線圈的截止頻率都高于1.5GHz,所以似乎沒有問題,都很适用。接下來,看一下圖8插入損耗的700MHz~900MHz,共模扼流線圈B(NFP0QSN112HL2)的插入損耗變的更大。
      也就是說,共模扼流線圈B(NFP0QSN112HL2)能夠降低700MHz~900MHz的共模噪聲,能夠更有效地改善LTE接收靈敏度。

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      圖7 差模插入損耗(傳輸特性)
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      圖8 共模扼流線圈插入損耗(傳輸特性)

      *共模扼流線圈A:DLP0QSA150HL2 / B:NFP0QSN112HL2)

      在另一案例中,将Wi-Fi的抑制接收靈敏度刊登于「噪聲對策中如何改善WLAN的接收靈敏度?」,請務必作為參考。

      如上所述,弄清差模傳輸的信号頻率以及成為問題噪聲的頻率後,通過查看差模插入損耗Sdd21以及共模插入損耗Scc21,便可以選出合适的共模扼流線圈。
      介紹村田制作所每個差動傳輸規格所推薦的共模扼流線圈。選擇共模扼流線圈時,請結合本篇文章,參考以下所推薦列表。

      一般用途用的推薦列表請點擊此處
      汽車用途用的推薦列表請點擊此處

       

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