共模電感聽(tīng)過(guò)很多次，但是什么原理你們真的懂嗎？

作者：一博科技高速先生成員 黃剛

首先一上來(lái)先明確下本篇文章需要解決的疑問(wèn)，主要有2個(gè)。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(cè)試眼圖為什么反而比不上不加共模電感？這兩個(gè)問(wèn)題都會(huì)通過(guò)本篇文章的仿真驗(yàn)證來(lái)告訴大家！
首先我們先解決第一個(gè)問(wèn)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(guān)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(shuō)如果是共模信號(hào)想通過(guò)這個(gè)電感的話，會(huì)受到嚴(yán)重的抑制，但是它對(duì)差模信號(hào)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(hào)過(guò)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(gè)共模電感的模型（S參數(shù)），因此就可以去針對(duì)這個(gè)案例去做詳細(xì)的仿真驗(yàn)證。
首先我們還是先驗(yàn)證下客戶測(cè)試共模回?fù)pfail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(jié)果仿真得到的共?；?fù)p果然和測(cè)試的老像了！低頻就是過(guò)不了。

當(dāng)然為了證明去掉共模電感之后能滿足測(cè)試要求，我們?cè)诜抡嬷幸仓苯佣搪返暨@個(gè)共模電感再進(jìn)行仿真，恩！的確共?；?fù)p就沒(méi)有問(wèn)題了，客戶也反饋說(shuō)測(cè)試能通過(guò)。

好，解決了客戶的無(wú)源測(cè)試問(wèn)題后，我們從時(shí)域上來(lái)看看加了這個(gè)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(hào)，那我們就去模擬一對(duì)差分信號(hào)如果由于各種原因產(chǎn)生了共模信號(hào)之后，看看這個(gè)電感對(duì)共模信號(hào)到底能起什么用！如下圖所示，我們把差分激勵(lì)（給的是時(shí)鐘信號(hào)，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(guò)它之后的輸出情況是怎么樣的。

我們額外在這對(duì)差分信號(hào)中注入一個(gè)共模噪聲，幅度為100mV的高頻噪聲，我們先看看這個(gè)共模噪聲經(jīng)過(guò)一個(gè)有共模電感和沒(méi)有共模電感的鏈路時(shí)，到達(dá)接收端時(shí)的情況。

恩，從這個(gè)仿真結(jié)果可以看到，當(dāng)一個(gè)高頻的共模噪聲從差分對(duì)中產(chǎn)生并隨著差分線傳遞時(shí)，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(guò)沒(méi)有共模電感的鏈路，共模噪聲就可以肆無(wú)忌憚的過(guò)去。因此在這里就可以給共模電感的作用下個(gè)結(jié)論，它就是為了抑制住共模噪聲而存在的器件，因?yàn)樵诮涌谄骷?，共模噪聲很容易隨著接口傳遞進(jìn)來(lái)，因此一旦在差分線中存在后，就會(huì)隨著差分線的路徑干擾到周圍的信號(hào)或者向空氣中輻射，形成串?dāng)_和EMI干擾，對(duì)信號(hào)和系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。加上了共模電感之后，就能夠把噪聲抑制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，進(jìn)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(gè)遺留的疑問(wèn)已經(jīng)解決了，現(xiàn)在再看看第二個(gè)疑問(wèn)，為什么加了共模電感后的信號(hào)質(zhì)量反而沒(méi)有不加共模電感的好呢？這個(gè)問(wèn)題，我們依然用仿真來(lái)驗(yàn)證下。同樣，我們對(duì)比下加上和不加電感的全鏈路差分損耗的仿真結(jié)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(duì)有用的差模信號(hào)也會(huì)帶來(lái)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(shí)又100%的保留差分信號(hào)。

因此我們?cè)跁r(shí)域上就能夠看到，同樣的差分信號(hào)通過(guò)鏈路時(shí)，是否存在共模電感時(shí)對(duì)差分信號(hào)的幅度影響是不同的，的確沒(méi)有共模電感的情況下，幅度會(huì)更高，也就是信號(hào)質(zhì)量好一點(diǎn)。

恩，這個(gè)仿真驗(yàn)證也和客戶的反饋很一致，共模電感的確會(huì)稍微影響一點(diǎn)差分信號(hào)的質(zhì)量。因此也建議大家在器件選型時(shí)，不僅要關(guān)注共模電感對(duì)共模信號(hào)的抑制效果，還要去看看該電感對(duì)差模信號(hào)的影響，因?yàn)楫吘棺罱K系統(tǒng)需要的信號(hào)是差模信號(hào)，它能夠很好的傳輸才能正常的工作。