TDK TCM06U系列小型共模滤波器介绍 为20Gbps高速差分传输打造的“降噪专家”

随着AI功能的提升，以及显示器和摄像头画质的提高等数字技术的进步，笔记本电脑和智能手机等数字设备所处理的数据量逐年攀升，信号传输速度更快，容量也更大。然而，伴随着这些设备的使用，噪声的产生也愈发频繁，因此有必要采取相应措施，以防止其对其他设备产生影响并降低传输信号的质量。

TCM06U系列小型共模滤波器是高速差分传输的理想抗噪产品。

高速差分传输的类型与特征

数字设备内部以及设备之间进行大容量数据和视频信号的交换通常采用差分传输的通信方式。

差分传输是一种将两个相位相反的数字信号传输，并通过差分方式提取接收信号的技术。由于其能够消除共模噪声，因此具备强抗噪声能力。同时由于信号电压较低，便于实现高频传输，从而可以达到高速传输的效果。

高速通信中使用差分传输方法的标准种类繁多，常见的有USB和HDMI等，同时也包括用于设备内部连接的相关标准。

图1：差分传输方式的特点

分类	标准类型	特点
外部接口	USB, HDMI, Display Port, Thunderbolt, etc.	用于设备之间的连接，主要实现用户插拔电缆时的通信。
内部接口	mipi, LVDS, etc.	用于设备内部连接，对用户不可见的通信

表1：差分传输接口类型

加快USB标准的进程

接下来将介绍高速差分传输的增速情况。以下是每个版本USB标准的信号速度变化趋势。

自2000年USB 2.0标准确立以来，USB作为计算机与外部设备连接的接口，已得到广泛应用。此后，速度不断代代提升，现在市场上越来越多的计算机及其他电子设备都配备了支持USB4的型号，其传输速度比USB 2.0快约100倍。另外，2022年发布的最新USB4版本2标准，能够通过单根电缆实现高达120Gbps的传输速度，预计未来将会推出相应的兼容设备。

	最大传输速率	最大通道数量	每个通道的传输速度
USB4	40Gbps	2	20Gbps
USB 3.2 Gen2	20Gbps	2	10Gbps
USB 3.2 Gen1	10Gbps	2	5Gbps
USB2.0	480Mbps	1	480Mbps

表2：USB标准类型及其传输速度

共模滤波器的功能

尽管差分传输技术具备出色的抗干扰能力，但在实际应用中，由于传输线的匹配不良及其他物理和电气信号线的偏差，仍然会导致信号相位的偏差。这被称为偏差。如果发生偏差，则无法消除共模噪声，从而导致与信号频率相对应的高频噪声。这种高频噪声会降低Wi-Fi等射频信号的接收灵敏度，因此有必要采取相应措施。

共模滤波器内置两个磁耦合电感，通过产生感应电动势来抑制共模噪声和校正偏差，从而抑制共模噪声引起的磁通变化。

另一方面，由于差分信号采用差分模式，两个电感之间产生的磁通变化会相互抵消，这使得信号能够在不影响电流的情况下进行传输。

如前所述，应用共模滤波器能够有效抑制共模噪声，同时允许差分信号通过。

偏差校正

偏差 ➡ D+/D-的信号相移
在这种情况下，由于信号线的物理和电气偏差引起的信号相位偏差，需要采取措施，例如使用滤波器等。

图2：共模滤波器偏差校正的效果

共模滤波器对信号质量的影响分析

如上述所述，共模滤波器适用于应对差分传输信号的噪声。然而，另一方面，由于电感的特性，随着信号频率的提升，插入损耗也随之增加，进而成为抑制传输信号的因素。因此，选择共模滤波器时，需要根据信号频率挑选不会影响传输质量的组件，而不仅仅关注其降噪效果。

图3：选择共模滤波器时根据传输速度的重要性

TCM06U系列的特性

TCM06U系列在处理高频信号方面优于传统产品，并且提供更卓越的降噪效果。

在作为共模噪声抑制效果指标的共模衰减特性中，各个目标频率下的衰减均超过了30dB。

与传统产品（TCM0605T系列）相比，差模插入损耗（作为信号质量的指标）显著降低，能够支持相当于USB4单通道的20Gbps高速信号。特别是，TCM06UX-020-2P在20GHz下实现了约-1dB的超低损耗特性。

实际上，已经证实在20Gbps的高速传输中，信号波形不会受到任何影响。此外，我们还证实，即使在面对故意偏离的波形时，采用共模滤波器也能实现偏离的校正效果。

共模衰减特性（Scc21）

差模插入损耗特性（Sdd21）

图4：TCM06U系列的衰减特性（Scc21）与插入损耗（Sdd21）

图5：TCM06U系列的偏差校正效果

总结

如上所述，TCM06U系列是针对USB4等高速差分传输信号设计的最佳产品，能够在不影响信号的前提下有效地作为噪声对策。

除了本次介绍的TCM06U系列外，TDK还提供一系列产品，这些产品具备适合各种接口的特性，并且是业界最小的0403尺寸。我们同样提供一系列与高速差分传输电路中的共模滤波器配合使用的ESD保护元件。