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噪聲對策指南

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最近的筆記本變得格外的纖薄。在初期的時候,它如同一個超特大的便當盒,即便已經如此之大,居然還附帶了許多連接器。
與打印機的連接也是并行接口,使用粗大結實的電纜,以2Mbps的速率與打印機進行通訊,而這些正在逐漸成為一種遙遠的記憶。
目前,打印機、硬盤、鼠标等各種設備可以通過較細的USB電纜進行連接。USB3.0使得速率到達5Gbps(5120Mbps),通訊速度變得更加理想。
而支撐此種技術的就是高速差分傳輸技術。
這次針對高速差分傳輸技術的使用背景進行簡單說明。
以前,個人電腦所連接電纜的信号傳輸的主流方式是單端信号方式,其代表性特點是打印機連接使用并行接口,調制解調器使用RS-232C。單端信号傳輸采用的是多個信号線共同使用信号返回的地線的方式。進行電壓檢測時,通過地線信号的電位,判斷邏輯。在這種方式下,列舉如下兩個提高傳輸速率的方法。
①    提高各信号線的傳輸速度。
②    增加信号線個數。

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圖1.  信号的單端傳輸

如果使用②的方法,連接器會更加大型化,電纜也變得更粗。要說起來的話,是希望通過提高信号的傳輸速度,減少其中的信号線數量,從而實現瘦身簡化。但是如果單純地提高信号的速度,那麼不僅需要昂貴的IC,而且輻射的EMI噪音也會變強。
如果降低電壓振幅,那麼由于信号的上升/下降時間會縮短,高速傳輸也變得相對容易。但是,它也不盡是優勢,如果電壓降低,那麼由于外部噪音的影響,很容易發生誤動作。
為解決這些問題,差分輸送技術被利用了起來。所謂差分輸送,是指使用兩根信号線,使電流在彼此間逆向流動,并通過信号線間的電位差進行傳輸的方法。至于來自于外部的噪音,即使在正負兩端的信号線外施加同樣的噪音,因差分傳輸而容易發現信号線間的電位差,所以噪音會被消除,不易引發誤動作。

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圖2. 信号的差分傳輸
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圖3. 未外加噪音時的波形
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圖4外加噪音時的波形

此外,通過相互間逆向流過電流,抵消磁通,由此降低信号高次諧波所引發的EMI噪音。 

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圖5. 差分傳輸的噪音降低原理

雖然說差分傳輸線不太可能釋放EMI噪音,但是驅動器IC的基準電位的波動和傳輸線的非對稱性,不可避免地會引發某種程度的共模噪音。因此,也出現了希望有消除共模噪音元器件的需求,共模扼流線圈作為噪音濾波器也就随之被開發出來。共模扼流線圈不僅具備抑制EMI噪音的效果,而且可以通過如同變壓器般的功能,改善信号的非對稱性,擁有波形整形的效果。我們公司通過噪音抑制元器件,推動了差分傳輸的發展,對此我們引以為傲。

 

負責人:村田制作所元器件事業本部 EMI事業部 坪内 敏郎

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