Murata Rauschunterdrückung für MIPI-C-PHY

Bedeutung von MIPI-C-PHY

Die MIPI-C-PHY ist ein Standard für die Datenübertragung in mobilen Geräten, der von der Standardorganisation MIPI Alliance festgelegt wurde. Die C-PHY verfügt über eine Signalgeschwindigkeit von 5,7 GBit/s pro Spur, während die D-PHY über eine maximale Geschwindigkeit von 2,5 GBit/s pro Spur bietet.

Der M-PHY-Standard wurde auch als Nachfolger von D-PHY entwickelt, aber der C-PHY-Standard wurde als Brückenstandard zwischen D-PHY und M-PHY erstellt. Die D-PHY verwendet typische Differential-Übertragungsleitungen, die aus zwei Pins pro Spur bestehen, während die C-PHY komplexere Differential-Übertragungsleitungen verwendet, die aus drei Pins pro Spur bestehen.

C-PHY-Vorteile
        •  C-PHY-Übertragungsdaten über drei Leitungen → Geschwindigkeit der Datenübertragung wird erhöht (die Signalfrequenz ist die gleiche wie bei D-PHY).
        •Es gibt keine Taktleitung → Platzeinsparungen gegenüber bestehenden Designs.

        •  Drei Datenleitungen werden als eine Spur übertragen
        • Es gibt keine Taktleitung.
        •  Die Werte der drei Leitung (A, B und C) werden hoch, mittel oder niedrig.
        •  Die drei Leitungen haben jeweils unterschiedliche Werte. (zwei oder mehrere Leitungen können sich nicht in demselben Zustand befinden.)
        •  Der Empfang erfolgt durch das Differential aller zwei Leitungen (AB, BC und CA)
        •  Jede Leitung ist differenziell auf 50 Ω und 100 Ω abgestimmt.

Rauschfilter, die in MIPI-C-PHY erforderlich sind

In der herkömmlichen MIPI-D-PHY muss das Gleichtaktrauschen entfernt werden, um nachteilige Auswirkungen auf Differentialsignale zu verhindern. Um dies zu erreichen, werden Gleichtaktrauschfilter mit zwei Leitungen verwendet. Die MIPI-C-PHY überträgt jedoch Differentialsignale mit drei Signalleitungen, so dass typische Gleichtaktrauschfilter nicht auf diese Weise verwendet werden können.

Eine mögliche Methode ist die Kombination von drei Gleichtaktrauschfiltern (Diagramm unten, links). Dies hat jedoch einen großen Einfluss auf die Signale, d. h. es sind keine ausreichenden Gleichtaktrauschunterdrückungseffekte zu erwarten. Infolgedessen ist für die MIPI-C-PHY-Rauschunterdrückung ein Gleichtaktrauschfilter erforderlich, der Differentialsignale mit drei Leitungen unterstützt.

Bei der Verwendung eines Gleichtaktrauschfilters mit drei Leitungen, der die drei Leitungen intern magnetisch koppelt, wird die Schaltungssimulation zur Überprüfung einer wirksamen Übertragung der Signale verwendet.

Mit einem Filter mit zwei Leitungen wird die Übertragungswellenform gestört. Murata stellte jedoch fest, dass bei Verwendung eines Gleichtaktrauschfilters, eine Übertragung der Signale ohne Störung der Wellenform möglich ist.

Vergleich von CMCC mit 2 und 3 Leitungen

Gleichtaktrauschfilter, die für MIPI C-PHY ausgelegt sind

Die NFG0NCN_HL3-Baureihe von Murata sind Rauschfilter, die als Gegenmaßnahme für Gleichtaktrauschen in MIPI-C-PHY entwickelt wurden. Innerhalb ihrer Miniaturgröße von 0,90 mm x 0,68 mm sind drei Leitungen in der Konfiguration dieser Gleichtaktrauschfilter magnetisch gekoppelt.

Der NFG0NCN162HL3 verfügt über eine Einfügungsdämpfungsspitze zwischen 900 MHz und 3 GHz. Aufgrund dieser Funktion eignet sich dieses Bauteil hervorragend zur Verhinderung von Rauschstörungen der Trägerfrequenz.

Wirksamkeit von NFG0NCN_HL3

Die NFG0NCN_HL3-Baureihe von Murata wurde verwendet, um die Wirksamkeit der Rauschgegenmaßnahmen zu überprüfen. Das folgende Diagramm vergleicht das Rauschspektrum, das von den Übertragungsleitungen vor und nach dem Einsetzen des Filters abgestrahlt wird.

Durch das Einsetzen des NFG0NCN162HL3 könnte das auffällige Rauschen auf unter 2 GHz erheblich reduziert werden.

Als Nächstes wurde eine Nahmagnetfeldsonde verwendet, um zu überprüfen, inwieweit sich die Rauschverteilung auf der PCB ändern würde.

An den Stellen nach dem Filtereinsatzabschnitt wurde die Verteilung des Rauschens reduziert und die Rauschdämpfung von 0,8 GHz oder 1 GHz war besonders bemerkenswert. (Abbildung 1, unten)

Die Wirksamkeit der Rauschunterdrückung wurde für die NFG0NCN_HL3-Baureihe von Gleichtaktrauschfiltern für MIPI-C-PHY geprüft. (Abbildung 2, unten)

Rauschunterdrückungswirkung des Gleichtaktrauschfilters für MIPI-C-PHY

Rauschunterdrückungswirkung des Gleichtaktrauschfilters für MIPI-C-PHY (2)

Überprüfung der Signalwellenform

Durch das Einsetzen der NFG0NCN_HL3-Baureihe in die Signalleitungen überprüfte Murata, ob dies einen negativen Einfluss auf die Signalwellenform hatte. Murata bestätigte, dass das Augenmuster des Signals die Spezifikationen der Vorlage erfüllt.

Eine Prüfung der Signalübertragungseigenschaften der Gleichtaktrauschfilter für MIPI-C-PHY

Wirksamkeit der Versatzverbesserung

Gleichtaktrauschfilter verbessern auch den Versatz von Differential-Signalleitungen.

Der Versatz bezieht sich auf die Signalausbreitungsverzögerung zwischen mehreren Signalleitungen. Der Versatz wird durch die asymmetrische Qualität der Schaltungen und weiterer Faktoren erzeugt. Diese Verschiebung der jeweiligen Signale führt zu Änderungen der Signalpotenzialdifferenz, die auf der Empfangsseite empfangen wird. Dieser Prozess reduziert die Betriebsspanne der Schaltungen.

Durch die Verwendung eines Gleichtaktfilters in einer Differential-Signalschaltung, die einen Versatz aufweist, wird die Gleichtaktkomponente, die durch den Versatz erzeugt wird, entfernt und der Versatz wird verbessert. (Versatz-Diagramm unten)

Wirksamkeit der Versatzverbesserung von Gleichtaktrauschfiltern
Die Verwendung von Gleichtaktrauschfiltern kann zur Verbesserung des Versatzes von Übertragungssignalen als wirksam angesehen werden. Da der Versatz (Verzögerung zwischen Signalen) durch den Gleichtakt propagiert wird, kann die Verwendung von Gleichtaktrauschfiltern den Versatz verbessern.

Fazit

        •  Die MIPI-C-PHY verwendet eine Übertragung mit drei Leitungen, die sich von den bis dahin verwendeten Differential-Übertragungsleitungen unterscheidet. Infolgedessen können die bestehenden Gleichtaktrauschfilter mit zwei Leitungen nicht mit MIPI-C-PHY verwendet werden.
        •Die NFG0NCN_HL3-Baureihe von Murata ist ein Gleichtaktrauschfilter mit drei Leitungen, der mit der Voraussetzung der Verwendung mit MIPI-C-PHY ausgelegt ist.
        •Die Verwendung der NFG0NCN_HL3-Baureihe ermöglicht die Reduzierung des Gleichtaktrauschens, das zu einer MIPI-C-PHY übertragen wird und die Verschlechterung der Signalqualität auf ein niedriges Niveau drückt.
•Darüber hinaus kann die Verwendung von Gleichtaktrauschfiltern den Versatz der Signale verbessern.

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