共模電感聽(tīng)過(guò)很多次，但是什么原理你們真的懂嗎？

作者：一博科技高速先生成員 黃剛

首先一上來(lái)先明確下本篇文章需要解決的疑問(wèn)，主要有2個(gè)。一是共模電感本身到底起到怎么樣的作用？二是加上共模電感之后的測試眼圖為什么反而比不上不加共模電感？這兩個(gè)問(wèn)題都會(huì )通過(guò)本篇文章的仿真驗證來(lái)告訴大家！
首先我們先解決第一個(gè)問(wèn)題，共模電感到底起的是什么作用。我們先看看上周文章中關(guān)于共模電感的datasheet，從圖上可以看到，共模電感呈現的共模阻抗是很大的，也就是說(shuō)如果是共模信號想通過(guò)這個(gè)電感的話(huà)，會(huì )受到嚴重的抑制，但是它對差模信號就非常友好，差模阻抗并不大，因此它還是能比較順利的讓差模信號過(guò)去的。

于是在這之后，高速先生找了各種渠道，成功拿到了這個(gè)共模電感的模型（S參數），因此就可以去針對這個(gè)案例去做詳細的仿真驗證。
首先我們還是先驗證下客戶(hù)測試共?；負pfail的情況，我們把共模電感的參數加入到這條仿真鏈路里去，結果仿真得到的共?；負p果然和測試的老像了！低頻就是過(guò)不了。

當然為了證明去掉共模電感之后能滿(mǎn)足測試要求，我們在仿真中也直接短路掉這個(gè)共模電感再進(jìn)行仿真，恩！的確共?；負p就沒(méi)有問(wèn)題了，客戶(hù)也反饋說(shuō)測試能通過(guò)。

好，解決了客戶(hù)的無(wú)源測試問(wèn)題后，我們從時(shí)域上來(lái)看看加了這個(gè)電感到底有什么用。從前面的分析我們已經(jīng)知道，共模電感主要就為了抑制差分線(xiàn)中產(chǎn)生的共模信號，那我們就去模擬一對差分信號如果由于各種原因產(chǎn)生了共模信號之后，看看這個(gè)電感對共模信號到底能起什么用！如下圖所示，我們把差分激勵（給的是時(shí)鐘信號，峰峰值為1V，速率與本案例的USB傳輸速率相同）輸入到我們提取的鏈路模型里面，去看通過(guò)它之后的輸出情況是怎么樣的。

我們額外在這對差分信號中注入一個(gè)共模噪聲，幅度為100mV的高頻噪聲，我們先看看這個(gè)共模噪聲經(jīng)過(guò)一個(gè)有共模電感和沒(méi)有共模電感的鏈路時(shí)，到達接收端時(shí)的情況。

恩，從這個(gè)仿真結果可以看到，當一個(gè)高頻的共模噪聲從差分對中產(chǎn)生并隨著(zhù)差分線(xiàn)傳遞時(shí)，遇到有共模電感的鏈路，共模噪聲得到很大的抑制，幅度迅速減小，如果經(jīng)過(guò)沒(méi)有共模電感的鏈路，共模噪聲就可以肆無(wú)忌憚的過(guò)去。因此在這里就可以給共模電感的作用下個(gè)結論，它就是為了抑制住共模噪聲而存在的器件，因為在接口器件中，共模噪聲很容易隨著(zhù)接口傳遞進(jìn)來(lái)，因此一旦在差分線(xiàn)中存在后，就會(huì )隨著(zhù)差分線(xiàn)的路徑干擾到周?chē)男盘柣蛘呦蚩諝庵休椛?，形成串擾和EMI干擾，對信號和系統帶來(lái)嚴重的影響。加上了共模電感之后，就能夠把噪聲抑制在一個(gè)很小的范圍內，進(jìn)而噪聲的幅度也能衰減，以便改善系統的信噪比。
恩，第一個(gè)遺留的疑問(wèn)已經(jīng)解決了，現在再看看第二個(gè)疑問(wèn)，為什么加了共模電感后的信號質(zhì)量反而沒(méi)有不加共模電感的好呢？這個(gè)問(wèn)題，我們依然用仿真來(lái)驗證下。同樣，我們對比下加上和不加電感的全鏈路差分損耗的仿真結果，能看到共模電感雖然能夠很好的抑制共模噪聲，但是它對有用的差模信號也會(huì )帶來(lái)一定的損耗的，不可能做到那么完美，在完全抑制共模噪聲的同時(shí)又100%的保留差分信號。

因此我們在時(shí)域上就能夠看到，同樣的差分信號通過(guò)鏈路時(shí)，是否存在共模電感時(shí)對差分信號的幅度影響是不同的，的確沒(méi)有共模電感的情況下，幅度會(huì )更高，也就是信號質(zhì)量好一點(diǎn)。

恩，這個(gè)仿真驗證也和客戶(hù)的反饋很一致，共模電感的確會(huì )稍微影響一點(diǎn)差分信號的質(zhì)量。因此也建議大家在器件選型時(shí)，不僅要關(guān)注共模電感對共模信號的抑制效果，還要去看看該電感對差模信號的影響，因為畢竟最終系統需要的信號是差模信號，它能夠很好的傳輸才能正常的工作。