高速差分數據傳輸EMI低通濾波器

作者：時間：2011-09-26 來源：網絡

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過去，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的問世，以及差分信號傳輸替代并行總線的發展趨勢，自然迫使設計人員提高整個系統的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影響信號的完整性，這兩類濾波器將無法適應數據總線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，這種方法是一個進退維谷的問題。

CMF濾波器又稱共模濾波器，是解決這個進退兩難問題的好辦法，不僅支持受最高的數據速率，還是差分信號傳輸技術如USB、HDMI和MIPI的最佳保護方案。

保護USB2.0接口的共模濾波器

高速USB 2.0接口利用差分信號方法在兩條數據線上傳輸數據，最高傳輸速率達到480 Mbps。差分信號是指信號不以地線為基準電壓，而是一個信號以另一個信號為基準電壓。差分信號在兩條線上傳輸，每條線上的信號相位差180度，這意味著必須使用一個恰當的濾波拓撲，才能正確地濾除無用頻率，同時不會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濾波器，但不會破壞差分信號的完整性，同時還能濾除共模信號。共模濾波器的電感特性為差分信號產生最大7 GHz的寬頻帶，同時為共模信號產生小于100 MHz的窄頻帶。

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

差分模式的電流方向相反，產生的磁場的極性相反，磁場被相互抵消，在這種情況下，經過CMF濾波器的信號沒有遇到任何阻抗，更談不上信號衰減問題。

共模信號的電流向同一個方向流動，在濾波器上產生一個同相磁場，兩個磁場相互疊加。結果，軛流圈對于共模信號是一個很大的阻抗，因此會降低共模信號的完整性。

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濾波器，部分符合的要求的頻率被濾除。

我們對一個內置意法半導體的ECMF濾波器的USB接口進行測試，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，同時信號衰減度測量值在900MHz時達到30db。

這個原理還適用于更高速度的接口，例如，MIPI 或HDMI/MHL接口。