噪声对策指南

信号线用共模扼流线圈的特性和选择方法

株式会社村田制作所的共模扼流线圈拥有广泛产品阵容, 信号线用共模扼流线圈中,根据特性和尺寸需求,可选择不同产品。下面来介绍下,如何从特性角度选择合适的共模扼流线圈。

1. 差动传输和共模额扼流线圈的使用方法

讲解共模扼流线圈的特性之前,来首先介绍共模信号和差模信号的概念。

虽然这些概念在「噪声对策的基础 【第6讲】 片状共模扼流线圈」中已讲解过,本次将以对使用2根信号线进行数据传输的差动传输为例,再次讲解一下。

正如「为何高速传输是差分传输?」中介绍的一样。差动传输是用于高速数据传输的一种方式。例如智能手机的摄像头和显示屏等所用的MIPI® 、电脑的HDMI® 和DisplayPort、USB等,都是差动传输方式。

如图1所示,差动传输的2根线中,彼此的相位(表示电压波形和电流波形的偏差)是逆向信号进行传输的。

将这个信号称为差模信号,通过差模信号进行数据传输。(差模有时候也称为普通模式),相对于差模信号,还有一种称为共模信号的信号,在2根线中同相进行信号传输。

对于差模信号来说,共模信号是不需要的信号,也就是噪声,由此称其为共模噪声。

图1 差动传输中的差模信号和共模信号

高速差动传输信号如图1所示,差模信号中混杂着共模噪声。收到差分信号时,差模信号互相加强,共模噪声互相取消。像这样的差动传输方式不易受到共模噪声的影响。

如图2 所示,在远处观察差动传输的放射信号,信号是相互重叠的。此时,差模信号互相抵消,共模噪声互相加强。也就是说,在远处易受共模噪声影响。

在类似噪声问题发生时,将共模扼流线圈串入差动传输线,能够有效去除共模噪声。

图2 差动传输的放射噪声

如图3所示共模扼流线圈串入差分信号线,共模扼流线圈能够使数据传输时必要的差模信号通过,同时降低共模噪声。

图3 串入差分信号线的共模扼流线圈

2. 共模扼流线圈特性的见解

事实上由于共模扼流线圈,差模噪声多少会降低。此外,差模信号和共模信号由于频率不同,发生的缩减量也有所不同。用差模插入损耗Sdd21的频率特性和共模插入损耗Scc21来表示这样的共模扼流线圈的特性。(Sdd21和Scc21是混合模式4端口S参数的一部分)

差模插入损耗Sdd21的频率特性如图4所示,共模插入损耗Scc21的频率特性如图5所示。图4和图5的插入损耗越深表示损耗越大。如图4所示,差模信号频率越高损耗越大。如图5所示,共模插入损耗Scc21是具有峰值的曲线,频率不同,共模噪声的除去效果也有所不同。

图4 差模插入损耗(传输特性)
图5 共模插入损耗(传输特性)

差动传输的信号频率由于各接口方式不同而不同,据此共模扼流线圈也会随之发生变化。

可根据传输信号波形判断共模扼流线圈是否适用。一般来说共模扼流线圈的截止频率以差动传输规格信号频率的3倍使用。所谓的截止频率是差模插入损耗变成3dB时的频率。

但是,即使在3倍以下,也以信号波形上不发生问题为多,这至多是一个参考。(因为在各接口上规定了穿孔图等信号质量的标准,所以最终是对照这个标准,判断合适与否)
一方面,问题噪声和它的频率根据终端不同而不同,据此合适的共模插入损耗的频率特性也随之发生改变。

例如,发生超过辐射规章标准规定的限定值噪声时,在那个噪声的频带内选择共模插入损耗大的更有效。

此外,差动传输反射的共模噪声有时会对自身的LTE和Wi-Fi等无线通信功能造成不良影响(图6)。可以认为因与无线通信发生同样频率的共模噪声,天线接收了这个噪声才造成的。将其称为抑制接收灵敏度。此时,通过插入共模扼流线圈,可抑制共模噪声的放射,改善接收灵敏度。

图6 通信功能劣化(抑制接受灵敏度)事例

3. 共模扼流线圈的选择方法

以在700MHz~900MHz具有的LTE的band内,由于差模的MIPI® 放射噪声,抑制接受灵敏度的情况为例,介绍共模扼流线圈的选择方法。

在此设定MIPI®  的信号频率为500MHz。在这个例子当中,我们将看一下,如图7和图8所示的所具有的2种类型的共模扼流线圈A(DLP0QSA150HL2)、B(NFP0QSN112HL2),哪个更合适。

首先,看一下图7的差模插入损耗。信号频率的3倍是1.5GHz。无论哪个共模扼流线圈的截止频率都高于1.5GHz,所以似乎没有问题,都很适用。接下来,看一下图8插入损耗的700MHz~900MHz,共模扼流线圈B(NFP0QSN112HL2)的插入损耗变的更大。
也就是说,共模扼流线圈B(NFP0QSN112HL2)能够降低700MHz~900MHz的共模噪声,能够更有效地改善LTE接收灵敏度。

图7 差模插入损耗(传输特性)
图8 共模扼流线圈插入损耗(传输特性)

*共模扼流线圈A:DLP0QSA150HL2 / B:NFP0QSN112HL2)

在另一案例中,将Wi-Fi的抑制接收灵敏度刊登于「噪声对策中如何改善WLAN的接收灵敏度?」,请务必作为参考。

如上所述,弄清差模传输的信号频率以及成为问题噪声的频率后,通过查看差模插入损耗Sdd21以及共模插入损耗Scc21,便可以选出合适的共模扼流线圈。
介绍村田制作所每个差动传输规格所推荐的共模扼流线圈。选择共模扼流线圈时,请结合本篇文章,参考以下所推荐列表。

一般用途用的推荐列表请点击此处
汽车用途用的推荐列表请点击此处

 

株式会社村田制作所 
EMI事業部 商品技術部 商品技術1課

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