噪声对策指南

为何高速传输是差分传输?

最近的笔记本变得格外的纤薄。在初期的时候,它如同一个超特大的便当盒,即便已经如此之大,居然还附带了许多连接器。
与打印机的连接也是并行接口,使用粗大结实的电缆,以2Mbps的速率与打印机进行通讯,而这些正在逐渐成为一种遥远的记忆。
目前,打印机、硬盘、鼠标等各种设备可以通过较细的USB电缆进行连接。USB3.0使得速率到达5Gbps(5120Mbps),通讯速度变得更加理想。
而支撑此种技术的就是高速差分传输技术。
这次针对高速差分传输技术的使用背景进行简单说明。
以前,个人电脑所连接电缆的信号传输的主流方式是单端信号方式,其代表性特点是打印机连接使用并行接口,调制解调器使用RS-232C。单端信号传输采用的是多个信号线共同使用信号返回的地线的方式。进行电压检测时,通过地线信号的电位,判断逻辑。在这种方式下,列举如下两个提高传输速率的方法。
①    提高各信号线的传输速度。
②    增加信号线个数。

图1.  信号的单端传输

如果使用②的方法,连接器会更加大型化,电缆也变得更粗。要说起来的话,是希望通过提高信号的传输速度,减少其中的信号线数量,从而实现瘦身简化。但是如果单纯地提高信号的速度,那么不仅需要昂贵的IC,而且辐射的EMI噪音也会变强。
如果降低电压振幅,那么由于信号的上升/下降时间会缩短,高速传输也变得相对容易。但是,它也不尽是优势,如果电压降低,那么由于外部噪音的影响,很容易发生误动作。
为解决这些问题,差分输送技术被利用了起来。所谓差分输送,是指使用两根信号线,使电流在彼此间逆向流动,并通过信号线间的电位差进行传输的方法。至于来自于外部的噪音,即使在正负两端的信号线外施加同样的噪音,因差分传输而容易发现信号线间的电位差,所以噪音会被消除,不易引发误动作。

图2. 信号的差分传输
图3. 未外加噪音时的波形
图4外加噪音时的波形

此外,通过相互间逆向流过电流,抵消磁通,由此降低信号高次谐波所引发的EMI噪音。 

图5. 差分传输的噪音降低原理

虽然说差分传输线不太可能释放EMI噪音,但是驱动器IC的基准电位的波动和传输线的非对称性,不可避免地会引发某种程度的共模噪音。因此,也出现了希望有消除共模噪音元器件的需求,共模扼流线圈作为噪音滤波器也就随之被开发出来。共模扼流线圈不仅具备抑制EMI噪音的效果,而且可以通过如同变压器般的功能,改善信号的非对称性,拥有波形整形的效果。我们公司通过噪音抑制元器件,推动了差分传输的发展,对此我们引以为傲。

 

负责人:村田制作所元器件事业本部 EMI事业部 坪内 敏郎

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