高速差分數據傳輸EMI低通濾波器

過(guò)去，ESD保護或EMI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(xiàn)的問(wèn)世，以及差分信號傳輸替代并行總線(xiàn)的發(fā)展趨勢，自然迫使設計人員提高整個(gè)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(huì )影響信號的完整性，這兩類(lèi)濾波器將無(wú)法適應數據總線(xiàn)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(shí)，這種方法是一個(gè)進(jìn)退維谷的問(wèn)題。

CMF濾波器又稱(chēng)共模濾波器，是解決這個(gè)進(jìn)退兩難問(wèn)題的好辦法，不僅支持受最高的數據速率，還是差分信號傳輸技術(shù)如USB、HDMI和MIPI的最佳保護方案。

高速USB 2.0接口利用差分信號方法在兩條數據線(xiàn)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(xiàn)為基準電壓，而是一個(gè)信號以另一個(gè)信號為基準電壓。差分信號在兩條線(xiàn)上傳輸，每條線(xiàn)上的信號相位差180度，這意味著(zhù)必須使用一個(gè)恰當的濾波拓撲，才能正確地濾除無(wú)用頻率，同時(shí)不會(huì )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(guò)濾波器，但不會(huì )破壞差分信號的完整性，同時(shí)還能濾除共模信號。共模濾波器的電感特性為差分信號產(chǎn)生最大7 GHz的寬頻帶，同時(shí)為共模信號產(chǎn)生小于100 MHz的窄頻帶。

一個(gè)理想的共模濾波器可有選擇地抑制共模信號，同時(shí)放行差分信號，而不會(huì )對差分信號有任何影響。

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(chǎn)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(guò)濾波器，部分符合的要求的頻率被濾除。

我們對一個(gè)內置意法半導體的ECMF濾波器的USB接口進(jìn)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高速數據傳輸標準，同時(shí)信號衰減度測量值在900MHz時(shí)達到30db。

這個(gè)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，我們在數據傳輸速率更高的接口如HDMI720p上再做一次測試。

下圖是一個(gè)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(shí)鐘信號的四次諧波) ，同時(shí)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(shí)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(shù)的最佳濾波解決方案。

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