【实践篇④】电脑辐射噪声对策中接口为重点

电脑内部主板为噪声的主要发生源

以往带有电视功能的电脑主要为台式机，在笔记本中搭载这些功能的进展较小。而这是有原因的。事实上，电视调谐器与电脑兼容性并不好。这是因为电脑内部充满了各种噪声，这对于调谐器而言是一个极其恶劣的环境。虽然在台式机上能够使调谐器远离噪声源，但在电路密集的笔记本电脑上甚至很难为内置的调谐器找到空间。由于这个原因，调音器大多为外置型。

进出电脑的噪声包括传导噪声与辐射噪声。通过电源线和信号线传输的传导噪声可以通过采用LC滤波器、电容器、电感器、贴片磁珠等的“滤波、反射和吸收”等方式进行消除，但对于在空间内传输的辐射噪声而言，通过金属、电磁屏蔽材料进行屏蔽的方式则不可或缺。

在电脑内部，主板是一个特别大的噪声发生源。其中除了作为电脑大脑的CPU以外，还搭载了芯片组和主存储器等LSI，它们会因为数字信号的高速传输和处理而发出周期性噪声。台式电脑则被封闭在一个金属外壳内，这大大减少了主板辐射噪声对其他电子设备的直接影响。然而，在使用塑料材料的笔记本电脑中，主板等同于裸露在外，因此通过喷上导电涂料以阻挡辐射噪声。但这仍然无法完全消除PC的辐射噪声。

差分传输方式的高速数字接口

电脑或多或少都会发出噪声，这一点从便携式收音机靠近电脑主体、显示器或接口电缆时会出现接收问题中得到验证。此外，辐射噪声也是造成ADSL和无线LAN通信速度降低等诸多问题的原因。
在现实中，电脑无法做到完美屏蔽。这是因为电脑与外部设备相连，因此其接口会成为辐射噪声的出入口。尤其是连接键盘、鼠标、显示器和打印机等的电缆充当了辐射噪声的天线功能。
噪声的传输方式包括差模和共模两种。以两根导线作为输出和返回路径的噪声被称为差模（信号电流也是差模），而通过地板或大地进入设备的则是共模噪声。与信号电流等相比，共模噪声电流很弱，但它们经常形成大的环路，导致电子设备在远处也会出现故障等问题。
以前用于连接电脑与打印机等外围设备的接口使用的是并行接口。这是一种以同步方式一起传输16位、32位等数据的方式。但该方式不仅需要多条信号线，而且还存在无法应对更高速度的问题。这是因为随着时钟频率的增加，信号线的长度和形状会使信号到达速度在不同的位上有所不同，从而导致信号无法同时送达。
而信号按顺序逐位传输的串行传输则可以避免该问题。但在串行传输（单端）中，信号线为输出路径，大地为返回路径，由于信号线和大地之间的浮游容量不平衡，因此会产生噪声，同时，还存在容易受到外部噪声影响，导致出现设备故障的问题。
因此，差分传输方式成为了数字信号传输高速化的王牌。这种方式是在两条信号线上传输相位反转180°的信号，并在接收端检测这两个信号之间的差异。它能抵御外部噪声，不需要的辐射也较小，因此适用于高速化。

共模滤波器同时为USB连接便利性提供支持

USB和IEEE1394是差分传输方式的高速接口。特别是在电脑中，键盘、鼠标、打印机等因为USB使用相同的电缆与连接器而得到统一，因此连接变得极为容易。使用数码相机拍摄的照片数据或存储在电脑上的音乐数据也可以通过USB连接在短时间内实现传输。然而，接口的速度越高，数字信号中的谐波成分便会成为辐射噪声，从而引发各种问题。
在一个理想的差分传输方式中，两个差分信号的波峰和波谷相互抵消，因此表示为两个信号之和的共模电压为零，没有噪声产生。然而，在现实中存在脉冲状差分信号的相位和上升及下降时间的偏差，以及脉宽振幅的差异，因此会产生被称为歪斜的不平衡成分，从而产生共模噪声。
可以毫不夸张地说，共模噪声是电脑和其他身边的电子设备中绝大多数辐射噪声问题的原因所在。因此，共模滤波器会插入到连接电脑和外围设备的接口连接器部分来消除共模噪声（关于共模滤波器的原理，请参照本系列元件篇⑤）。

https://www.tdk.com.cn/zh/tech-mag/noise/08

共模滤波器有各种各样的特性，但在高速接口中的关键点是选择一个具有最高截止频率的产品，以确保不会衰减信号。数字信号的矩形波是基波和其奇数倍谐波的集合。在数字信号传输中，通过传输高达5~7倍于基波的谐波，可以保持信号质量。例如，如果用于传输的频率是800MHz，那么7次谐波则为5.6GHz，此时需要一个覆盖这个频段的共模滤波器。
TDK的共模滤波器是充分利用积累的铁氧体技术、滤波器设计技术和先进精密自动绕组技术而开发的产品。除了截止频率从传统的1.6GHz扩展到6GHz的HDMI用共模滤波器以外，还包括用于高速接口时代的各类丰富产品。随着高速化及数字化的推进，我们周围的电子设备就越容易受到共模噪声的危害。TDK共模滤波器不仅能消除共模噪声，还能实现更为干净的信号波形。它们是可靠的EMC对策元件，为不断与电脑实现融合的家庭网络提供支持。