有效保護(hù)超高速接口免受EMI影響

HDMI和USB等超高速接口已成為快速傳輸大量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，但它們需要專用且有效的ESD和EMI保護(hù)。

在基于消費(fèi)者和計(jì)算的產(chǎn)品中，超高速接口已成為需要在短時(shí)間內(nèi)傳輸或復(fù)制大量數(shù)據(jù)（例如高清視頻和音頻）的常態(tài)。所有超高速接口，如HDMI 2.0和USB 3.2，都使用差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，并以較低的信號(hào)電平運(yùn)行。高達(dá) 20 Gbit/s 的高數(shù)據(jù)速度需要精心設(shè)計(jì)的 PCB 布局來保持信號(hào)完整性。這一挑戰(zhàn)需要適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ洌员苊獠豢山邮艿膿p耗和反射。

需要考慮各種電磁干擾 （EMI） 方面，尤其是當(dāng)敏感的 Wi-Fi、蜂窩或 GPS 接收器靠近潛在輻射高速接口時(shí)。由于高速有線線路和流行的無線標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常干擾千兆赫茲范圍，因此不應(yīng)忽視EMI問題，因?yàn)檫@些問題會(huì)顯著影響用戶體驗(yàn)。

電磁干擾不是窒息問題！

為了保持超高速接口中的數(shù)據(jù)完整性，設(shè)計(jì)人員必須具備有效的EMI濾波功能。一個(gè)有用的器件是共模濾波器（CMF）或共模扼流圈（CMC），它由兩個(gè)耦合線圈組成。當(dāng)電流在兩個(gè)線圈中沿同一方向流動(dòng)時(shí)，濾波器具有高阻抗。相反，當(dāng)電流以相反方向流動(dòng)時(shí)，阻抗較低。

圖1 - 帶差分和共模輸入的共模扼流信號(hào)

當(dāng)共模濾波器應(yīng)用于差分?jǐn)?shù)據(jù)線時(shí)，攜帶信息的數(shù)據(jù)的差分部分可以通過。同時(shí)，疊加共模信號(hào)內(nèi)容被阻擋（圖1）。共模噪聲可能由不完美的發(fā)射器、其他信號(hào)的耦合和非對(duì)稱信號(hào)線產(chǎn)生。如果信號(hào)對(duì)改變方向且信號(hào)線長度不相等，則在PCB布局中可以輕松創(chuàng)建（圖2）。

圖2 - 路由產(chǎn)生的共模噪聲

如果走線在很小的距離內(nèi)布線，則遠(yuǎn)場(chǎng)中的差分信號(hào)將抵消磁場(chǎng)和電場(chǎng)。相比之下，共模信號(hào)會(huì)輻射到環(huán)境中，從而降低接收器模塊的靈敏度，尤其是在緊湊型設(shè)計(jì)中。例如，激活的USB 3.x接口可能會(huì)阻礙智能手機(jī)或計(jì)算設(shè)備正確接收Wi-Fi數(shù)據(jù)。

通過集成解決方案提高保護(hù)效率

保護(hù)USB和HDMI接口免受EMI的挑戰(zhàn)伴隨著保護(hù)它們（以及它們所連接的系統(tǒng)）免受潛在ESD沖擊的需求。USB Type-C 連接器中的供電能力和可逆插頭是 USB 接口的額外障礙。目前，大多數(shù)解決方案都采用單獨(dú)的器件來滿足每個(gè)需求，但Nexperia提供了一種將CMF+ESD保護(hù)結(jié)合在一個(gè)芯片中的替代集成方法，例如新的PCMF系列。

將CMF和ESD保護(hù)集成到單個(gè)器件中可降低整體PCB安裝空間要求。它還可以防止信號(hào)走線中出現(xiàn)額外的阻抗不匹配，這種不匹配在使用單獨(dú)的器件時(shí)可能發(fā)生。Nexperia的PCMF解決方案可提供最佳的魯棒性和低鉗位，同時(shí)濾除可能干擾2.4 GHz和5 GHz通道的EMI。

這些有效的二合一解決方案對(duì)于希望在設(shè)計(jì)過程的后期階段選擇是否需要EMI濾波器的設(shè)計(jì)人員很有幫助。我們的 PCMF 類型與多種 PESD 類型兼容，可實(shí)現(xiàn)僅 ESD 保護(hù)，因此僅 ESD 和 PCMF 解決方案可以在相同的 PCB 布局上實(shí)現(xiàn)。這樣，任何未使用的CMF封裝都不需要像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中那樣用電阻橋接，從而進(jìn)一步簡化了整體設(shè)計(jì)和組裝。

審核編輯：郭婷