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村田噪声滤波器有效防护高速数字接口的噪音
一、什么是ThunderboltTM 3？
ThunderboltTM是由英特尔开发的高速数字接口,通信速率高达40Gbps.ThunderboltTM3是基于PCI-Express技术开发的,已经反复定义.该技术在2019年被采用为USB 4.0的标准规范.它有望作为高速通用接口传播.村田研究了适用于ThunderboltTM3噪声条件和对策的噪声滤波器.
图1. 接口上数据传输速率的比较
二、ThunderboltTM 3噪声评估的替代方法
由于难以获得用于ThunderboltTM3噪声评估的样本,我们基于USB3.1 Gen2的数据估计噪声条件和对策,USB3.1 Gen2是类似于ThunderboltTM3的技术接口.
ThunderboltTM3和USB3.1 Gen2技术要求的比较
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ThunderboltTM3 |
（评估案例）
USB 3.1 Gen 2 |
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传输数据速率 |
20Gbpsx1通道
*最大：40Gbps（20Gbpsx2通道） |
10Gbpsx1通道 |
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数据通道数 |
数据2车道 |
数据1lane |
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连接器,电缆 |
连接器：USB Type-C |
连接器：USB Type-C |
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接收器EQ |
必须 |
必须 |
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90欧姆加减5％ |
电缆：90欧姆正负5欧姆
（传输线无规定） |
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第三方认证考试 |
需要 |
自愿克制 |
三、USB 3.1中的噪声情况
测量USB3.1（Gen1和Gen2）的辐射噪声
使用连接到主机PC的USB3.1兼容SSD执行通信,并测量辐射噪声.（在Gen1和Gen2操作模式下测量）当共模扼流圈噪声滤波器NFP0QHB542HS2作为噪声对策插入USB Tx线时,也确认了噪声电平.
图2. USB3.1 Gen1和Gen2噪声测量结果和滤波器插入效果确认
在USB3.1 Gen1通信的情况下：在5GHz 处观察到窄带噪声（二次谐波）,这是2.5GHz的信号基频的两倍.
在USB3.1 Gen2通信的情况下：在10GHz 处观察到窄带噪声（二次谐波）,这是5GHz的信号基频的两倍.
认为共模是这些噪声的主要成分,因此,通过将共模噪声滤波器NFP0QHB542HS2插入Tx线,可以获得对抗在5GHz和10GHz处看到的噪声的大的对策效果.
四、高速数字接口中的注意事项
ThunderboltTM 3预计的辐射噪声
同样在ThunderboltTM3通信中,预测如USB3.1中那样传送的信号频率的二次谐波将被视为窄带共模噪声.村田晶振公司的ThunderboltTM3支持10Gbps/通道和20Gbps/通道数据传输速度,因此ThunderboltTM3估计会产生10GHz和20GHz共模噪声.
图3. ThunderboltTM预期的辐射噪声
与USB3.1一样,共模噪声滤波器也很有效.
五、噪声滤波器对高速数字接口信号的影响
图4. 滤波器对信号波形影响的差异
我们研究了噪声滤波器对高速数字接口信号的影响.已经证实,使用传统的噪声滤波器会导致信号眼图塌陷并且不符合标准.利用新开发的共模扼流圈NFP0QHB542HS2,已经确认眼图可以保持在符合标准的水平.因此,当使用ThunderboltTM3的噪声滤波器时,我们发现有必要选择支持更高频率信号的产品,而不是传统的滤波器.
ThunderboltTM3噪声,估计与USB3.1Gen1/Gen2类似.ThunderboltTM3降噪,指向二次谐波的共模噪声抑制.由于ThunderboltTM3速度很快,因此,必须使用考虑周全的滤波器以避免信号完整性丢失.用于高速信号的商用化共模噪声滤波器NFP0QHB542HS2可有效消除二次谐波的10GHz和20GHz共模噪声,而不会显著降低高速数字接口的信号质量.
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