Murata MIPI C-PHYのノイズ抑制

MIPI C-PHYの意味

MIPI C-PHYは、標準化団体であるMIPI Allianceによって確立されたモバイル機器内のデータ転送の規格です。C-PHYには、1レーンあたり5.7Gbpsの信号速度があります。他方、D-PHYには、1レーン/あたり2.5Gbpsの最大速度があります。

M-PHY規格はD-PHYの後継としても作成されましたが、C-PHY規格はD-PHYとM-PHYの間のブリッジ規格として作成されました。D-PHYには、1レーンあたり2本のピンで構成されている標準の差動転送ラインが使用されています。他方、C-PHYには、1レーンあたり3本のピンで構成されているさらに複雑な差動転送ラインが使用されています。

C-PHYのメリット
        •  C-PHYは、3つのラインを介してデータを転送します → データの転送速度が増加します（信号周波数はD-PHYと同じ）。
        •  クロックラインがない → 既存の設計よりも省スペース

        •  3つのラインのデータを1レーンとして転送
        •  クロックラインがありません。
        •  3つのライン（A、B、C）の値が「高」、「中」、「低」になります。
        •3つのラインにはそれぞれ異なる値があります。（複数のラインを同じ条件にすることはできません。）
•  受信は2つのライン（AB、BC、CA）ごとの差で行われます。
        •各ラインは、50Ω、100Ω差動にマッチングされています。

MIPI C-PHYに必要なノイズフィルタ

従来のMIPI D-PHYでは、差動信号に悪影響を与えることを避けるためにコモンモードノイズを削除する必要がありました。これを達成するために、2ラインのコモンモード・ノイズ・フィルタが使用されています。しかし、MIPI C-PHYは3つの信号線を使用して差動信号を送信するため、一般的なコモンモードノイズフィルタはとして使用できません。

可能な1つの方法は、3つのコモンモード・ノイズ・フィルタを組み合わせることです（下の図、左側) )。ですが、これは信号に大きな影響を及ぼすため、十分なコモンモードノイズ抑制効果を期待できません。その結果、MIPI C-PHYノイズ抑制には、3ライン差動信号をサポートしているコモンモード・ノイズ・フィルタが必要になります。

3つのラインが内部で磁気結合されている3つのラインのコモンモード・ノイズ・フィルタを使用する場合、回路シミュレーションを使用して信号を効果的に転送できるかどうか確認できます。

2ラインのフィルタを使用すると転送波形が妨害されます。Murataは、3つのラインのコモンモード・ノイズ・フィルタを使用すると、波形に干渉することなく信号が転送されることを発見しました。

2ラインおよび3ラインのCMCCの比較

MIPI C-PHY向けに開発されたコモンモード・ノイズ・フィルタ

MurataのNFG0NCN_HL3シリーズは、MIPI C-PHYでのコモンモードノイズ対策として開発されたノイズフィルタです。0.90mm x 0.68mmのミニチュアサイズ内で、3つのラインがこれらのコモンモード・ノイズ・フィルタの構成において磁気結合されています。

NFG0NCN162HL3には、900MHz～3GHzの間の挿入損失ピークがあります。この機能によって、キャリア周波数へのノイズ干渉を防止することに適しています。

NFG0NCN_HL3の効果

MurataのNFG0NCN_HL3シリーズを使用して、ノイズ対策の有効性を検証しました。以下の表は、フィルタ挿入前と挿入後に転送線から放射されるノイズスペクトルの比較です。

NFG0NCN162HL3を挿入すると、2GHz以下の目立つノイズを大幅に低減できます。

次に、近距離磁場プローブを使用して、PCBでのノイズ分布がどの程度変化するかを観察しました。

フィルタ挿入後の箇所ではノイズの分布が減少し、0.8GHzまたは1GHzのノイズ低減の量が特に顕著でした。（下の図1）

MIPI C-PHY用のNFG0NCN_HL3シリーズのコモンモード・ノイズ・フィルタに関するノイズ対策効果を確認済です。（下の図2）

MIPI C-PHYを対象としたコモンモードノイズフィルタのノイズ対策効果

MIPI C-PHY（2）を対象としたコモンモードノイズフィルタのノイズ対策効果

信号波形の検証

Murataは、NFG0NCN_HL3シリーズを信号線に挿入することによって、これが信号波形に悪影響を与えるかどうかをチェックしました。Murataは、信号のアイパターンがテンプレートの仕様に適合することを確認しました。

MIPI C-PHYを対象としたコモンモード・ノイズ・フィルタの信号転送特性の確認

スキューの改善効果

コモンモードノイズフィルタは、差動信号線スキューの改善にも効果的です。

スキューとは、複数の信号線の間の信号伝搬時間のシフトを指します。スキューは、回路と他の要因の非対称品質によって生成されます。この各信号のシフトは、受信側で受信された信号電位の差の変化につながります。このプロセスによって回路の動作マージンが削減されます。

スキューがある差動信号回路でコモンモードフィルタを使用すると、スキューによって生成されるコモンモードの成分が除去され、スキューが改善します。（下のスキューの図）

コモンモード・ノイズ・フィルタのスキュー改善効果
コモンモード・ノイズ・フィルタの使用は、転送信号のスキューの改善に効果的であると期待できます。スキュー（信号間のタイムラグ）はコモンモードによって伝搬されるため、コモンモード・ノイズ・フィルタを使用するとスキューを改善できます。

概要

        •MIPI C-PHYには、これまで使用されていた差動転送線とは異なる3ライン転送が使用されています。その結果、既存の2ラインのコモンモード・ノイズフィルタはMIPI C-PHYと併用できません。
        •MurataのNFG0NCN_HL3シリーズは、MIPI C-PHYと併用するという前提条件で設計された3ラインのコモンモード・ノイズフィルタです
。•NFG0NCN_HL3シリーズの使用によって、MIPI C-PHYに転送され信号品質の低下を抑制するコモンモードノイズの低減が実現します。
•コモンモード・ノイズ・フィルタの使用によって、信号スキューも改善できます。

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