原创 共模电感听过很多次,但是什么原理你们真的懂吗?

2022-7-23 14:47 346 0 分类: PCB

作者:一博科技高速先生成员  黄刚

共模电感,我们更多的会在通讯类的产品中看到,普遍存在于接口的应用中,例如USB,PCIE,HDMI等接口。从它的名字大家肯定知道,它的作用是与共模阻抗是有关系的。它的外形大概是长下面这样,把一对差分线进行串接起来使用。

对,就是这么简单,由于它的使用简单和体积不大,对于PCB设计来说不会增加什么难度,因此在很多接口的原理图上都少不了它的身影。用是很多人都会用啦,但是并不代表大家都能理解它的原理,高速先生下面要讲的这个案例就是有关于它的应用。
我司帮客户设计的一款通讯板,其中有一个USB的接口模块,从USB芯片到接口,然后通过cable连接到device。客户板子加工回来进行测试后,就向我们咨询了这么一个问题!


客户先对做好的板卡进行了无源测试,结果真的是“喜忧参半”啊!我们首先来看看这个板子的测试场景,客户将网络分析仪接到USB夹具,再从USB接口接到我们的板卡上,来测试板卡的阻抗和回波损耗。
客户首先测试了链路的差分阻抗和回损,发现都还是不错的,都能满足协议的要求。
 一切看起来都往好的方向走的时候,USB协议上还有一项共模回波损耗的指标要满足,于是客户也测试了这个指标,结果就尴尬了,这个指标居然在低频的时候不过!!!
这就是客户测试后第一时间来找高速先生的原因了。因为这个板卡的USB是3.2信号,是10Gbps的速率,并不算很高,因此前期并不需要高速先生来介入仿真,客户选择相信了我们的设计部同事能直接搞掂!现在指标不过,客户就立马求助高速先生了!当然高速先生也相信我们设计部的同事,对于这个速率的设计应该不会出现很大的问题。

于是高速先生一边在check板子设计的同时,一边让客户再做下有源的测试,让客户进行眼图测试和功能测试。
恩,功能没有问题,测试的眼图也很好,那为什么共模的回损指标会不过呢?高速先生通过PCB设计找到了答案!高速先生找到这根上面测试的网络,发现从接口进去之后会经过一系列的阻容器件,其中有一个器件就是我们今天的“猪脚”,共模电感了!
高速先生立马就把共模回损指标不过的矛头指向这个共模电感!于是去查下这款共模电感的datasheet,果然找到了初步的答案。看到这个共模电感的电气参数会发现,它对于信号的共模和差模的传输起到截然不同的作用,从阻抗曲线能看出来,差模阻抗比较小,而共模阻抗比较大,其实它就是一种阻挡共模信号而允许差模信号通过的器件!
然后我们有了一个大胆的尝试,让客户把这个共模电感短路掉,再测试下功能是否ok,而客户也很快进行了尝试并给出了答案!而且惊喜的是不仅当前来找我们的这个项目没问题,甚至连之前一个类似的项目也是这样,短路掉共模电感之后都是测试指标pass的!而且更“诡异”的是取下共模电感后测试的眼图反而还比用上共模电感还要更好一点,你没有听错!是还更好一点!
恩,从这款共模电感的参数并结合测试的一些操作可以看到,共模电感本身具有很大的共模阻抗,因此测试共模回损不过肯定也是很容易理解的,另外也能看到把共模电感取下来之后也是能很好的工作的!但是高速先生永远不会满足于看到现象这个水平上,高速先生还想能不能拿到这个共模电感的模型做一下仿真和测试的对比验证,并对这个原理进行深入的分析,由于篇幅有限,下一part更加精彩的部分将留到下篇文章来给大家分享哈,把这篇文章的疑问统一给大家解答!本文就先到这里了哈,请大家继续关注和期待!

作者: 一博科技, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3860940.html

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