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      共模電感的仿真應用來了,滿滿的干貨送給大家!

      來源:一博自媒體 時間:2022-7-25 類別:微信自媒體

      作者:一博科技高速先生成員  黃剛

      首先一上來先明確下本篇文章需要解決的疑問,主要有2個。一是共模電感本身到底起到怎么樣的作用?二是加上共模電感之后的測試眼圖為什么反而比不上不加共模電感?這兩個問題都會通過本篇文章的仿真驗證來告訴大家!
       
      首先我們先解決第一個問題,共模電感到底起的是什么作用。我們先看看上周文章中關于共模電感的datasheet,從圖上可以看到,共模電感呈現的共模阻抗是很大的,也就是說如果是共模信號想通過這個電感的話,會受到嚴重的抑制,但是它對差模信號就非常友好,差模阻抗并不大,因此它還是能比較順利的讓差模信號過去的。

      于是在這之后,高速先生找了各種渠道,成功拿到了這個共模電感的模型(S參數),因此就可以去針對這個案例去做詳細的仿真驗證。
       
      首先我們還是先驗證下客戶測試共?;負pfail的情況,我們把共模電感的參數加入到這條仿真鏈路里去,結果仿真得到的共?;負p果然和測試的老像了!低頻就是過不了。
      當然為了證明去掉共模電感之后能滿足測試要求,我們在仿真中也直接短路掉這個共模電感再進行仿真,恩!的確共?;負p就沒有問題了,客戶也反饋說測試能通過。
      好,解決了客戶的無源測試問題后,我們從時域上來看看加了這個電感到底有什么用。從前面的分析我們已經知道,共模電感主要就為了抑制差分線中產生的共模信號,那我們就去模擬一對差分信號如果由于各種原因產生了共模信號之后,看看這個電感對共模信號到底能起什么用!如下圖所示,我們把差分激勵(給的是時鐘信號,峰峰值為1V,速率與本案例的USB傳輸速率相同)輸入到我們提取的鏈路模型里面,去看通過它之后的輸出情況是怎么樣的。
      我們額外在這對差分信號中注入一個共模噪聲,幅度為100mV的高頻噪聲,我們先看看這個共模噪聲經過一個有共模電感和沒有共模電感的鏈路時,到達接收端時的情況。
      恩,從這個仿真結果可以看到,當一個高頻的共模噪聲從差分對中產生并隨著差分線傳遞時,遇到有共模電感的鏈路,共模噪聲得到很大的抑制,幅度迅速減小,如果經過沒有共模電感的鏈路,共模噪聲就可以肆無忌憚的過去。因此在這里就可以給共模電感的作用下個結論,它就是為了抑制住共模噪聲而存在的器件,因為在接口器件中,共模噪聲很容易隨著接口傳遞進來,因此一旦在差分線中存在后,就會隨著差分線的路徑干擾到周圍的信號或者向空氣中輻射,形成串擾和EMI干擾,對信號和系統帶來嚴重的影響。加上了共模電感之后,就能夠把噪聲抑制在一個很小的范圍內,進而噪聲的幅度也能衰減,以便改善系統的信噪比。
       
      恩,第一個遺留的疑問已經解決了,現在再看看第二個疑問,為什么加了共模電感后的信號質量反而沒有不加共模電感的好呢?這個問題,我們依然用仿真來驗證下。同樣,我們對比下加上和不加電感的全鏈路差分損耗的仿真結果,能看到共模電感雖然能夠很好的抑制共模噪聲,但是它對有用的差模信號也會帶來一定的損耗的,不可能做到那么完美,在完全抑制共模噪聲的同時又100%的保留差分信號。
      因此我們在時域上就能夠看到,同樣的差分信號通過鏈路時,是否存在共模電感時對差分信號的幅度影響是不同的,的確沒有共模電感的情況下,幅度會更高,也就是信號質量好一點。
      恩,這個仿真驗證也和客戶的反饋很一致,共模電感的確會稍微影響一點差分信號的質量。因此也建議大家在器件選型時,不僅要關注共模電感對共模信號的抑制效果,還要去看看該電感對差模信號的影響,因為畢竟最終系統需要的信號是差模信號,它能夠很好的傳輸才能正常的工作。


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