USB3.0的靜噪對策

現在，USB接口可以稱得上是電腦的各種通用外部接口中最為成功的。可以對應眾多外部設備，無需打開機箱便能擴展功能，讓初學者也可以簡單上手。因此，從TV turner到外部驅動，USB被應用于各種各樣的用途。

然而，SSD(Solid State Drive)等高速設備的出現，使USB2.0最高480Mbps的傳輸速度變得稍顯不足，為此就需要既能體現USB的便利性，又具備更快速的數據傳輸新接口技術。在這樣的狀況下，最高速度擴大到5Gbps的USB3.0 SuperSpeed已完成了標準的制定，對應產品也即將出現。現階段應用于USB2.0靜噪的共模扼流線圈，對USB3.0 SuperSpeed是否同樣有效還不得而知。本文就來驗證一下USB3.0 SuperSpeed使用以前的共模扼流線圈時出現的問題，并介紹能夠應用于USB3.0 SuperSpeed的新共模扼流線圈產品。

USB3.0 SuperSpeed信號線

從USB1.1發展到USB2.0，是在相同電氣規格的信號線上進行擴充。與此不同的是，USB3.0 SuperSpeed則是另外追加了2對差分信號線。因此，基本不需要考慮對以前的USB2.0信號的影響，僅考慮新增加的USB3.0信號線即可。

圖1：USB3.0信號線的結構

USB3.0 SuperSpeed的靜噪對策

在USB2.0的靜噪對策的實例中，大多是在地線與電源線中插入鐵氧體磁珠，在信號線則插入共模扼流線圈。由于電氣規格與原來相同，對于USB3.0中包含的USB2.0部分只需使用同樣的靜噪對策即可 (但須注意，用于電源供電從原先的500mA增加到了900mA，因此需要注意使用于電源線和地線等元件的直流電阻導致的電壓降低等問題)。問題在于USB3.0中追加的2對差分信號線。由于通過的信號速度是以前的10倍，若使用以前開發的用于USB2.0的共模扼流線圈的話信號波形質量就很有可能出現問題。在此，我們將通過了USB2.0兼容性實驗的共模扼流線圈，用在USB3.0 SuperSpeed的信號線上，并實際確認了信號波形的變化。

圖2是通過了USB2.0兼容性實驗的小型共模扼流線圈DLW21HN900SQ2。如圖3所示，使用在USB2.0信號線時并未對信號波形帶來不良影響。然而，如圖4所示，USB3.0 SuperSpeed(5Gbps)的信號通過時，信號波形產生混亂，眼圖模板的邊緣幾乎都丟失了。由此可見，USB3.0 SuperSpeed的信號速度快，因此若要通過更高頻的信號成分，就需要使用截止頻率更高的共模扼流線圈。

圖2：USB2.0使用到的普通用共模扼流線圈（DLW21HN900SQ2）

圖3：將過去的產品用于USB2.0時產生的波形

圖4：將過去的產品用于USB3.0 SuperSpeed時產生的波形

考慮到這些的情況，村田制作所開發出了對應USB3.0 SuperSpeed的小型共模扼流線圈DLP11TB800UL2，尺寸為1.25×1.0mm。為了不受USB3.0 SuperSpeed的高速信號帶來不良影響，此產品設定了非常高的差分截止頻率。將2.5GHz的特性阻抗調整為USB規格的90Ω，同時可以抑制信號反射造成的損失。

圖5：針對SuperSpeed的共模扼流線圈DLP11TB800UL2（開發中）

如前文所述，在USB3.0信號線中使用此產品的話，如圖6所示，可以看到與未使用了濾波器的情況相比，眼圖模板的邊緣幾乎沒有變化。另外，在使用此產品的情況下測定了USB3.0 SuperSpeed對應電纜的噪音的變化，發現在30MHz～10GHz的全頻帶上都有較好的噪音抑制效果 (圖7)。特別是700MHz～2GHz到5GHz上表現出了良好的靜噪效果。

圖6：USB SuperSpeed走線(3m)通過后的信號波形（校正前）

圖7：共模扼流線圈的靜噪效果

通過實驗提高Jitter Tolerance余量

對USB3.0進行了抗抖動性評測的Jitter Tolerance實驗。用于USB線靜噪對策的共模扼流線圈具有改善偏移的效果，因此對改善Jitter Tolerance實驗的偏移效果也值得期待。Jitter Tolerance實驗，是在信號中摻入抖動，測試當摻雜了多少抖動后將無法接收信號，但因為USB的實驗沒有校正測量的偏差，若將抖動混入測定系等則會降低抗抖動性。對此，若在信號線中加入共模扼流線圈，可以發揮變壓器的作用，改善偏移。利用這點，就能挽回由于偏移造成的抗抖動性低下。圖8是驗證了Jitter Tolerance實驗結果的共模扼流線圈的效果實例。圖表中，在每個抖動頻率，標出了剛好能滿足規定的Bit Error Rate的抖動量。圖表越是上方，抗抖動性越強。(虛線是兼容性實驗的暫定規格值)從這個例子中可以看出，使用共模扼流線圈之后，抗抖動性在幾十MHz～100MHz范圍內得到了提高。

圖8：Jitter Tolerance評測

總結

綜上所述，USB3.0 SuperSpeed和以前的USB2.0一樣通過使用共模扼流線圈來靜噪。但由于信號頻率大幅提高，需要使用大幅改善了差分截斷頻率的共模扼流線圈。再者，雖然是從屬功能，但共模扼流線圈也有提高在USB3.0 SuperSpeed的Jitter Tolerance實驗中抗抖動能力。DLP11TB800UL2是開發應用于USB3.0 SuperSpeed，用來維持信號波形的同時能靜噪的全新的小型共模扼流線圈。今后，村田將繼續驗證其在各種新設備中的使用對策，開發新的使用方法，為客戶提供新的產品。