Thunderbolt™3的噪声对策

周二, 30 七月 2019 - 10:47

1. 什么是Thunderbolt™3？

<ul>
<li>Thunderbolt™是Intel公司开发的、最大通信速度达到40Gbps的高速数字接口。</li>
<li>从基于PCI-Express的技术进行开发，经过多次修订后确定了Thunderbolt™3。</li>
<li>2019年，该技术被采用为USB4.0的标准规格。有希望作为高速通用接口进行推广。</li>
<li>对Thunderbolt™3中的噪音状况和适宜于对策的噪声滤波器进行了讨论。</li>
</ul>
<img alt="接口数据传输速度比较" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="57df7e82-9f96-46f0-b620-66877b61409d" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1.%20%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BC%A0%E8%BE%93%E9%80%9F%E5%BA%A6%E6%AF%94%E8%BE%83.jpg" />
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图1. 接口数据传输速度比较
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2. hunderbolt™3噪声评估的替代方法

由于用于Thunderbolt™3噪声评估的样本很难获得，因此根据与 Thunderbolt™3类似的技术接口--USB3.1 Gen2的数据推测噪声状况和对策方法。

Thunderbolt™3与USB3.1 Gen2的技术要求比较
<img alt="Thunderbolt™3与USB3.1 Gen2的技术要求比较" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="53f7328d-d889-487e-b9fd-0ee01eb6c27a" src="/sites/default/files/inline-images/Thunderbolt%E2%84%A23%E4%B8%8EUSB3.1%20Gen2%E7%9A%84%E6%8A%80%E6%9C%AF%E8%A6%81%E6%B1%82%E6%AF%94%E8%BE%83.PNG" />
3. USB3.1的噪声状况

<ul>
<li>测量USB3.1的辐射噪声 (Gen1&Gen2)</li>
</ul>

使用连接到主机PC的USB3.1兼容SSD进行通信，并测量辐射噪声。

（在Gen1和Gen2两种工作模式下测量）

对将共模扼流线圈噪声滤波器NFP0QHB542HS2插入USB Tx线路作为噪声对策时的噪声水平也进行了确认。
<img alt="确认USB3.1 Gen1和Gen2的噪声测量结果及滤波器插入效果" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="04f7bf87-0a7b-47a8-90ca-9628f8552f4b" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2.%E7%A1%AE%E8%AE%A4USB3.1%20Gen1%E5%92%8CGen2%E7%9A%84%E5%99%AA%E5%A3%B0%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%BB%93%E6%9E%9C%E5%8F%8A%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8%E6%8F%92%E5%85%A5%E6%95%88%E6%9E%9C.jpg" />
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图2.确认USB3.1 Gen1和Gen2的噪声测量结果及滤波器插入效果
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在USB3.1 Gen1通信的情况下在两倍于信号基本频率2.5GHz的5GHz处观察到窄带噪声（2次谐波）。 
      
 在USB3.1 Gen2通信的情况下在两倍于信号基本频率5GHz的10GHz处观察到窄带噪声（2次谐波）。

共模噪声被认为是这些噪声的主要成分，因此，通过将共模噪声滤波器NFP0QHB542HS2插入Tx线路对在5GHz和10GHz处看到的噪声产生了很大的对策效果。

4. 对Thunderbolt™3进行的考察

<ul>
<li>放射Thunderbolt™3预期的辐射噪声</li>
</ul>

根据推测，在Thunderbolt™3通信中也会像USB3.1通信一样观测到作为窄带共模噪声的通信信号频率2次谐波。

Thunderbolt™3支持10Gbps/lane和20Gbps/lane的数据传输速度，因此推测Thunderbolt™3会产生10GHz和20GHz共模噪声。
<img alt="Thunderbolt™3中的预测辐射噪声" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c64ed12a-0b88-4501-af7a-6bc2c8875531" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3.%20Thunderbolt%E2%84%A23%E4%B8%AD%E7%9A%84%E9%A2%84%E6%B5%8B%E8%BE%90%E5%B0%84%E5%99%AA%E5%A3%B0.jpg" />
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图3. Thunderbolt™3中的预测辐射噪声
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与USB3.1一样，共模噪声滤波器很有效。

5. 噪声滤波器对Thunderbolt™3信号的影响

<ul>
<li>Signal integrity</li>
</ul>
<img alt="不同的滤波器对信号波形的影响差异" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b7f087a6-8e9b-434d-b5a6-8e641b8708cf" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%EF%BC%8E%E4%B8%8D%E5%90%8C%E7%9A%84%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8%E5%AF%B9%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E6%B3%A2%E5%BD%A2%E7%9A%84%E5%BD%B1%E5%93%8D%E5%B7%AE%E5%BC%82.jpg" />
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图4．不同的滤波器对信号波形的影响差异
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我们调查了噪声滤波器对Thunderbolt™3的信号所产生的影响。 
已经确认了在使用传统的噪声滤波器时，信号会因眼图坍塌而不符合标准。 
同时还确认了使用新开发的共模扼流圈NFP0QHB542HS2时，眼图可以保持在符合标准的水平。

因此，在Thunderbolt™3中使用噪声滤波器时，必须选择支持更高频率信号的产品，而不是传统的滤波器。

6. 总结

<ul>
<li>随着USB4.0的采用，预计Thunderbolt™3会得到广泛推广</li>
<li>Thunderbolt™3的噪声估计与USB3.1Gen1/Gen2类似</li>
<li>Thunderbolt™3噪声对策重点是清除2次谐波共模噪声</li>
<li>Thunderbolt™3信号是高速信号，因此必须使用考虑周全的滤波器，以避免损害信号质量。</li>
<li>用于高速信号的商品化共模噪声滤波器NFP0QHB542HS2可有效消除10GHz和20GHz的2次谐波共模噪声，而不会显著损害Thunderbolt™3的信号质量。</li>
</ul>
<img alt="推荐产品" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="2b4ecb44-4a12-467d-a9f6-189441ed5f0c" src="/sites/default/files/inline-images/%E6%8E%A8%E8%8D%90%E4%BA%A7%E5%93%81.jpg" />
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