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村田噪聲濾波器有效防護高速數字接口的噪音
一、什么是ThunderboltTM 3？
ThunderboltTM是由英特爾開發的高速數字接口,通信速率高達40Gbps.ThunderboltTM3是基于PCI-Express技術開發的,已經反復定義.該技術在2019年被采用為USB 4.0的標準規范.它有望作為高速通用接口傳播.村田研究了適用于ThunderboltTM3噪聲條件和對策的噪聲濾波器.
圖1. 接口上數據傳輸速率的比較
二、ThunderboltTM 3噪聲評估的替代方法
由于難以獲得用于ThunderboltTM3噪聲評估的樣本,我們基于USB3.1 Gen2的數據估計噪聲條件和對策,USB3.1 Gen2是類似于ThunderboltTM3的技術接口.
ThunderboltTM3和USB3.1 Gen2技術要求的比較
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ThunderboltTM3 |
（評估案例）
USB 3.1 Gen 2 |
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傳輸數據速率 |
20Gbpsx1通道
*最大：40Gbps（20Gbpsx2通道） |
10Gbpsx1通道 |
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數據通道數 |
數據2車道 |
數據1lane |
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連接器,電纜 |
連接器：USB Type-C |
連接器：USB Type-C |
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接收器EQ |
必須 |
必須 |
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90歐姆加減5％ |
電纜：90歐姆正負5歐姆
（傳輸線無規定） |
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第三方認證考試 |
需要 |
自愿克制 |
三、USB 3.1中的噪聲情況
測量USB3.1（Gen1和Gen2）的輻射噪聲
使用連接到主機PC的USB3.1兼容SSD執行通信,并測量輻射噪聲.（在Gen1和Gen2操作模式下測量）當共模扼流圈噪聲濾波器NFP0QHB542HS2作為噪聲對策插入USB Tx線時,也確認了噪聲電平.
圖2. USB3.1 Gen1和Gen2噪聲測量結果和濾波器插入效果確認
在USB3.1 Gen1通信的情況下：在5GHz 處觀察到窄帶噪聲（二次諧波）,這是2.5GHz的信號基頻的兩倍.
在USB3.1 Gen2通信的情況下：在10GHz 處觀察到窄帶噪聲（二次諧波）,這是5GHz的信號基頻的兩倍.
認為共模是這些噪聲的主要成分,因此,通過將共模噪聲濾波器NFP0QHB542HS2插入Tx線,可以獲得對抗在5GHz和10GHz處看到的噪聲的大的對策效果.
四、高速數字接口中的注意事項
ThunderboltTM 3預計的輻射噪聲
同樣在ThunderboltTM3通信中,預測如USB3.1中那樣傳送的信號頻率的二次諧波將被視為窄帶共模噪聲.村田晶振公司的ThunderboltTM3支持10Gbps/通道和20Gbps/通道數據傳輸速度,因此ThunderboltTM3估計會產生10GHz和20GHz共模噪聲.
圖3. ThunderboltTM預期的輻射噪聲
與USB3.1一樣,共模噪聲濾波器也很有效.
五、噪聲濾波器對高速數字接口信號的影響
圖4. 濾波器對信號波形影響的差異
我們研究了噪聲濾波器對高速數字接口信號的影響.已經證實,使用傳統的噪聲濾波器會導致信號眼圖塌陷并且不符合標準.利用新開發的共模扼流圈NFP0QHB542HS2,已經確認眼圖可以保持在符合標準的水平.因此,當使用ThunderboltTM3的噪聲濾波器時,我們發現有必要選擇支持更高頻率信號的產品,而不是傳統的濾波器.
ThunderboltTM3噪聲,估計與USB3.1Gen1/Gen2類似.ThunderboltTM3降噪,指向二次諧波的共模噪聲抑制.由于ThunderboltTM3速度很快,因此,必須使用考慮周全的濾波器以避免信號完整性丟失.用于高速信號的商用化共模噪聲濾波器NFP0QHB542HS2可有效消除二次諧波的10GHz和20GHz共模噪聲,而不會顯著降低高速數字接口的信號質量.
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