共模電感的仿真驗證

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(xiàn)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(shù))，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模回損fail的情況，我們把共模電感的參數(shù)加入到這條仿真鏈路里去，結果仿真得到的共模回損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(jīng)知道，共模電感主要就為了抑制差分線中產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(tǒng)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(tǒng)的信噪比。

恩，第一個遺留的疑問已經(jīng)解決了，現(xiàn)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(tǒng)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。

審核編輯：湯梓紅