SubTitleIconNo01什么是Thunderbolt™3?


  • Thunderbolt™是Intel公司开发的、最大通信速度达到40Gbps的高速数字接口。
  • 从基于PCI-Express的技术进行开发,经过多次修订后确定了Thunderbolt™3。
  • 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。
  • 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。

图1

图1. 接口数据传输速度比较

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SubTitleIconNo02 Thunderbolt™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
  Thunderbolt™3

(evaluation case)

USB3.1 Gen2

Transfer Data Rate
20Gbps x1lane
※Max:40Gbps(20Gbps x2lane)

10Gbps x1lane
Number of Data lanes Data 2lane
Data 1lane
Connector, Cable Connector: USB Type-C
Cable: dedicated cable
Connecter: USB Type-C
Cable: dedicated cable
Receiver EQ Must
Must
Characteristic Impedance
of transmission line
90ohm plus minus 5%
Cable:
90ohm plus or minus 5ohm
Connector:
90ohm plus or minus10ohm
(transmission line no Regulation)
Third party certification exam required
Voluntary restraint

SubTitleIconNo03USB3.1的噪声状况


  • 测量USB3.1的辐射噪声 (Gen1&Gen2)
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。

图2

图2.确认USB3.1 Gen1和Gen2的噪声测量结果及滤波器插入效果


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。

SubTitleIconNo04 对Thunderbolt™3进行的考察


  • 放射Thunderbolt™3预期的辐射噪声
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。

Figure 3.

图3. Thunderbolt™3中的预测辐射噪声

与USB3.1一样,共模噪声滤波器很有效。


SubTitleIconNo05噪声滤波器对Thunderbolt™3信号的影响


  • Signal integrity
图4

图4.不同的滤波器对信号波形的影响差异


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。

SubTitleIconNo06总结


  • 随着USB4.0的采用,预计Thunderbolt™3会得到广泛推广
  • Thunderbolt™3的噪声估计与USB3.1Gen1/Gen2类似
  • Thunderbolt™3噪声对策重点是清除2次谐波共模噪声
  • 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。
  • 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。
推荐使用此产品作为Thunderbolt™3的噪声对策。能消除高频共模噪声。对高速信号的影响很小。