信号线用共模扼流线圈的特性和选择方法

一届流寇

如何从特性角度选择合适的共模扼流线圈。

1. 差动传输和共模额扼流线圈的使用方法

讲解共模扼流线圈的特性之前，来首先介绍共模信号和差模信号的概念。

虽然这些概念在「噪声对策的基础 【第6讲】 片状共模扼流线圈」中已讲解过，本次将以对使用2根信号线进行数据传输的差动传输为例，再次讲解一下。

正如「为何高速传输是差分传输？」中介绍的一样。差动传输是用于高速数据传输的一种方式。例如智能手机的摄像头和显示屏等所用的MIPI® 、电脑的HDMI® 和displayPort、USB等，都是差动传输方式。

如图1所示，差动传输的2根线中，彼此的相位（表示电压波形和电流波形的偏差）是逆向信号进行传输的。

将这个信号称为差模信号，通过差模信号进行数据传输。（差模有时候也称为普通模式），相对于差模信号，还有一种称为共模信号的信号，在2根线中同相进行信号传输。

对于差模信号来说，共模信号是不需要的信号，也就是噪声，由此称其为共模噪声。

图1 差动传输中的差模信号和共模信号

高速差动传输信号如图1所示，差模信号中混杂着共模噪声。收到差分信号时，差模信号互相加强，共模噪声互相取消。像这样的差动传输方式不易受到共模噪声的影响。

如图2 所示，在远处观察差动传输的放射信号，信号是相互重叠的。此时，差模信号互相抵消，共模噪声互相加强。也就是说，在远处易受共模噪声影响。

在类似噪声问题发生时，将共模扼流线圈串入差动传输线，能够有效去除共模噪声。

图2 差动传输的放射噪声

如图3所示共模扼流线圈串入差分信号线，共模扼流线圈能够使数据传输时必要的差模信号通过，同时降低共模噪声。

图3 串入差分信号线的共模扼流线圈2. 共模扼流线圈特性的见解

事实上由于共模扼流线圈，差模噪声多少会降低。此外，差模信号和共模信号由于频率不同，发生的缩减量也有所不同。用差模插入损耗Sdd21的频率特性和共模插入损耗Scc21来表示这样的共模扼流线圈的特性。（Sdd21和Scc21是混合模式4端口S参数的一部分）

差模插入损耗Sdd21的频率特性如图4所示，共模插入损耗Scc21的频率特性如图5所示。图4和图5的插入损耗越深表示损耗越大。如图4所示，差模信号频率越高损耗越大。如图5所示，共模插入损耗Scc21是具有峰值的曲线，频率不同，共模噪声的除去效果也有所不同。

图4 差模插入损耗（传输特性）图5 共模插入损耗（传输特性）

差动传输的信号频率由于各接口方式不同而不同，据此共模扼流线圈也会随之发生变化。

可根据传输信号波形判断共模扼流线圈是否适用。一般来说共模扼流线圈的截止频率以差动传输规格信号频率的3倍使用。所谓的截止频率是差模插入损耗变成3dB时的频率。

但是，即使在3倍以下，也以信号波形上不发生问题为多，这至多是一个参考。（因为在各接口上规定了穿孔图等信号质量的标准，所以最终是对照这个标准，判断合适与否）
一方面，问题噪声和它的频率根据终端不同而不同，据此合适的共模插入损耗的频率特性也随之发生改变。

例如，发生超过辐射规章标准规定的限定值噪声时，在那个噪声的频带内选择共模插入损耗大的更有效。

此外，差动传输反射的共模噪声有时会对自身的LTE和Wi-Fi等无线通信功能造成不良影响（图6）。可以认为因与无线通信发生同样频率的共模噪声，天线接收了这个噪声才造成的。将其称为抑制接收灵敏度。此时，通过插入共模扼流线圈，可抑制共模噪声的放射，改善接收灵敏度。

图6 通信功能劣化（抑制接受灵敏度）事例
3. 共模扼流线圈的选择方法

以在700MHz~900MHz具有的LTE的band内，由于差模的MIPI® 放射噪声，抑制接受灵敏度的情况为例，介绍共模扼流线圈的选择方法。

在此设定MIPI®  的信号频率为500MHz。在这个例子当中，我们将看一下，如图7和图8所示的所具有的2种类型的共模扼流线圈A(DLP0QSA150HL2)、B(NFP0QSN112HL2)，哪个更合适。

首先，看一下图7的差模插入损耗。信号频率的3倍是1.5GHz。无论哪个共模扼流线圈的截止频率都高于1.5GHz，所以似乎没有问题，都很适用。接下来，看一下图8插入损耗的700MHz~900MHz，共模扼流线圈B(NFP0QSN112HL2)的插入损耗变的更大。
也就是说，共模扼流线圈B(NFP0QSN112HL2)能够降低700MHz~900MHz的共模噪声，能够更有效地改善LTE接收灵敏度。

图7 差模插入损耗（传输特性）图8 共模扼流线圈插入损耗（传输特性）

（*共模扼流线圈A：DLP0QSA150HL2 / B：NFP0QSN112HL2）

在另一案例中，将Wi-Fi的抑制接收灵敏度刊登于「噪声对策中如何改善WLAN的接收灵敏度？」，请务必作为参考。

如上所述，弄清差模传输的信号频率以及成为问题噪声的频率后，通过查看差模插入损耗Sdd21以及共模插入损耗Scc21，便可以选出合适的共模扼流线圈。