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        高速差分數據傳輸EMI低通濾波器

        作者: 時間:2011-09-26 來源:網絡 收藏
        過去,ESD保護或濾波功能以使用RC或LC解決方案為主,例如 LTTC或硅芯片。但是,數據速率更高的總線的問世,以及信號傳輸替代并行總線的發展趨勢,自然迫使設計人員提高整個系統的EMC抗干擾性,尋求新的解決方案。毋庸置疑,考慮到LC或RC濾波器是由電感或電阻與接地電容器組成,特別是內在電容效應本身將會影響信號的完整性,這兩類濾波器將無法適應數據總線不斷提高速率的趨勢。因此,只要抑制電容即可避免濾波器出現電容效應;但是這種方法意味喪失濾波器芯片的濾波屬性。當數據速率提高到每秒幾百兆位以上時,這種方法是一個進退維谷的問題。
        CMF濾波器又稱共模濾波器,是解決這個進退兩難問題的好辦法,不僅支持受最高的數據速率,還是信號傳輸技術如USB、HDMI和MIPI的最佳保護方案。
        保護USB2.0接口的共模濾波器
        高速USB 2.0接口利用信號方法在兩條數據線上傳輸數據,最高傳輸速率達到480 Mbps。差分信號是指信號不以地線為基準電壓,而是一個信號以另一個信號為基準電壓。差分信號在兩條線上傳輸,每條線上的信號相位差180度,這意味著必須使用一個恰當的濾波拓撲,才能正確地濾除無用頻率,同時不會破壞目標差分信號的完整性。
        新款CMF濾波器讓目標差分信號通過濾波器,但不會破壞差分信號的完整性,同時還能濾除共模信號。共模濾波器的電感特性為差分信號產生最大7 GHz的寬頻帶,同時為共模信號產生小于100 MHz的窄頻帶。
        一個理想的共模濾波器可有選擇地抑制共模信號,同時放行差分信號,而不會對差分信號有任何影響。
        差分模式的電流方向相反,產生的磁場的極性相反,磁場被相互抵消,在這種情況下,經過CMF濾波器的信號沒有遇到任何阻抗,更談不上信號衰減問題。
        共模信號的電流向同一個方向流動,在濾波器上產生一個同相磁場,兩個磁場相互疊加。結果,軛流圈對于共模信號是一個很大的阻抗,因此會降低共模信號的完整性。
        SCC21標準描述了共模衰減的基本特性,如下圖所示:
        USB 480 Mbps信號可產生240 MHz基頻 。因為該信號本身是方波,我們不難估算出傳送信號所需的帶寬。利用傅利葉級數逼近算法,最后所需帶寬大約是基頻的三倍。因此,差分信號傳輸至少需要720 MHz的帶寬。從SCC21標準的共模濾波圖中不難看出,為了讓三次諧波通過濾波器,部分符合的要求的頻率被濾除。
        我們對一個內置意法半導體的ECMF濾波器的USB接口進行測試,從USB 480Mb/s的眼狀圖中可以看出,該接口設計100%符合USB高速標準,同時信號衰減度測量值在900MHz時達到30db。
        這個原理還適用于更高速度的接口,例如,MIPI 或HDMI/MHL接口。
        上圖顯示的測試結果與在USB 2.0上所做的測試完全相同,現在,我們在速率更高的接口如HDMI720p上再做一次測試。
        下圖是一個MIPI接口的諧波測量結果,濾波器放行的MIPI信號的最高頻率800Mhz(200Mhz 時鐘信號的四次諧波) ,同時濾除900Mhz到 2.2Ghz的噪聲。
        鑒于共模濾波器支持高達千兆位級(Gb/s)的數據速率,同時可抑制高達千兆赫茲(GHz)的共模噪聲,我們得出結論,共模濾波器是差分信號傳輸技術的最佳濾波解決方案。

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