TDK TCM06U系列小型共模濾波器介紹 為20Gbps高速差分傳輸打造的“降噪專家”

隨著AI功能的提升，以及顯示器和攝像頭畫質(zhì)的提高等數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，筆記本電腦和智能手機(jī)等數(shù)字設(shè)備所處理的數(shù)據(jù)量逐年攀升，信號(hào)傳輸速度更快，容量也更大。然而，伴隨著這些設(shè)備的使用，噪聲的產(chǎn)生也愈發(fā)頻繁，因此有必要采取相應(yīng)措施，以防止其對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響并降低傳輸信號(hào)的質(zhì)量。

TCM06U系列小型共模濾波器是高速差分傳輸?shù)睦硐肟乖氘a(chǎn)品。

高速差分傳輸?shù)念愋团c特征

數(shù)字設(shè)備內(nèi)部以及設(shè)備之間進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)的交換通常采用差分傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信方式。

差分傳輸是一種將兩個(gè)相位相反的數(shù)字信號(hào)傳輸，并通過(guò)差分方式提取接收信號(hào)的技術(shù)。由于其能夠消除共模噪聲，因此具備強(qiáng)抗噪聲能力。同時(shí)由于信號(hào)電壓較低，便于實(shí)現(xiàn)高頻傳輸，從而可以達(dá)到高速傳輸?shù)男Ч?/p>

高速通信中使用差分傳輸方法的標(biāo)準(zhǔn)種類繁多，常見(jiàn)的有USB和HDMI等，同時(shí)也包括用于設(shè)備內(nèi)部連接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1：差分傳輸方式的特點(diǎn)

表1：差分傳輸接口類型

加快USB標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程

接下來(lái)將介紹高速差分傳輸?shù)脑鏊偾闆r。以下是每個(gè)版本USB標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)速度變化趨勢(shì)。

自2000年USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)確立以來(lái)，USB作為計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備連接的接口，已得到廣泛應(yīng)用。此后，速度不斷代代提升，現(xiàn)在市場(chǎng)上越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)及其他電子設(shè)備都配備了支持USB4的型號(hào)，其傳輸速度比USB 2.0快約100倍。另外，2022年發(fā)布的最新USB4版本2標(biāo)準(zhǔn)，能夠通過(guò)單根電纜實(shí)現(xiàn)高達(dá)120Gbps的傳輸速度，預(yù)計(jì)未來(lái)將會(huì)推出相應(yīng)的兼容設(shè)備。

表2：USB標(biāo)準(zhǔn)類型及其傳輸速度

共模濾波器的功能

盡管差分傳輸技術(shù)具備出色的抗干擾能力，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳輸線的匹配不良及其他物理和電氣信號(hào)線的偏差，仍然會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相位的偏差。這被稱為偏差。如果發(fā)生偏差，則無(wú)法消除共模噪聲，從而導(dǎo)致與信號(hào)頻率相對(duì)應(yīng)的高頻噪聲。這種高頻噪聲會(huì)降低Wi-Fi等射頻信號(hào)的接收靈敏度，因此有必要采取相應(yīng)措施。

共模濾波器內(nèi)置兩個(gè)磁耦合電感，通過(guò)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)抑制共模噪聲和校正偏差，從而抑制共模噪聲引起的磁通變化。

另一方面，由于差分信號(hào)采用差分模式，兩個(gè)電感之間產(chǎn)生的磁通變化會(huì)相互抵消，這使得信號(hào)能夠在不影響電流的情況下進(jìn)行傳輸。

如前所述，應(yīng)用共模濾波器能夠有效抑制共模噪聲，同時(shí)允許差分信號(hào)通過(guò)。

偏差校正

偏差 ? D+/D-的信號(hào)相移
在這種情況下，由于信號(hào)線的物理和電氣偏差引起的信號(hào)相位偏差，需要采取措施，例如使用濾波器等。

圖2：共模濾波器偏差校正的效果

共模濾波器對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響分析

如上述所述，共模濾波器適用于應(yīng)對(duì)差分傳輸信號(hào)的噪聲。然而，另一方面，由于電感的特性，隨著信號(hào)頻率的提升，插入損耗也隨之增加，進(jìn)而成為抑制傳輸信號(hào)的因素。因此，選擇共模濾波器時(shí)，需要根據(jù)信號(hào)頻率挑選不會(huì)影響傳輸質(zhì)量的組件，而不僅僅關(guān)注其降噪效果。

圖3：選擇共模濾波器時(shí)根據(jù)傳輸速度的重要性

TCM06U系列的特性

TCM06U系列在處理高頻信號(hào)方面優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，并且提供更卓越的降噪效果。

在作為共模噪聲抑制效果指標(biāo)的共模衰減特性中，各個(gè)目標(biāo)頻率下的衰減均超過(guò)了30dB。

與傳統(tǒng)產(chǎn)品（TCM0605T系列）相比，差模插入損耗（作為信號(hào)質(zhì)量的指標(biāo)）顯著降低，能夠支持相當(dāng)于USB4單通道的20Gbps高速信號(hào)。特別是，TCM06UX-020-2P在20GHz下實(shí)現(xiàn)了約-1dB的超低損耗特性。

實(shí)際上，已經(jīng)證實(shí)在20Gbps的高速傳輸中，信號(hào)波形不會(huì)受到任何影響。此外，我們還證實(shí)，即使在面對(duì)故意偏離的波形時(shí)，采用共模濾波器也能實(shí)現(xiàn)偏離的校正效果。

共模衰減特性（Scc21）

差模插入損耗特性（Sdd21）

圖4：TCM06U系列的衰減特性（Scc21）與插入損耗（Sdd21）

圖5：TCM06U系列的偏差校正效果

總結(jié)

如上所述，TCM06U系列是針對(duì)USB4等高速差分傳輸信號(hào)設(shè)計(jì)的最佳產(chǎn)品，能夠在不影響信號(hào)的前提下有效地作為噪聲對(duì)策。

除了本次介紹的TCM06U系列外，TDK還提供一系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品具備適合各種接口的特性，并且是業(yè)界最小的0403尺寸。我們同樣提供一系列與高速差分傳輸電路中的共模濾波器配合使用的ESD保護(hù)元件。