観測波形 赤いエリアに波形が入り込まなければ規格を満足しています.5mではより厳しいTP2の規格でも満足しています.5mケーブル使用時 TP2規格 TP3規格 -.1-5mケーブル使用時 2

USB2.0 テクニカルマニュアル

TDK EMC Technology

実践編

TDK株式会社 マグネティクスビジネスグループ 

水谷 光晴

 USB2.0は2000年4月の公開以降、PCと周辺機器を結ぶ標準イン タフェースとして普及していきました。  規格作成はCompaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC、 Philipsの7社で行なわれました。  それまでのUSB1.1はデータ転送スピードが1.5Mbps（Low speed）と12Mbps（Full speed）の 2 種類ですが、USB2.0 では480Mbps（High speed）が追加されました。  USB2.0は差動信号ライン2本とVcc、GNDの4本より構成され ています。480Mbpsでは繰り返しパルス周波数が240MHzとなり、 チップビーズなどのEMC対策部品は信号波形に影響を与え適切で はありません。信号への影響が少ないコモンモードフィルタ（CMF） が最適です。TDKではIntel、NEC様の協力を得て動作確認試験を 行ない、最適なEMC部品を選定しました。  480Mbpsの高速転送スピードであるため動作上のトラブルが発 生しないように厳しい規格が定められています。とくに注意が必要 なのはEye-pattern規格とSYNC Fieldの波形応答です。 2-1．Eye-pattern  差動信号がきれいな波形で転送されているかを確認する方法で す。  機器間のTestポイント（TP1∼ TP4）で規格が異なります。実 際はケーブル長でも波形は異なり、例として短いケーブル（0.5m） の場合と長いケーブル(5m)の場合の実測データを紹介します。  接続は下図の通りです。HUBからデータを転送しDeviceの Testポイントで波形観測しました。

1

はじめに

2

USB2.0の波形応答規格 各種インタフェースのデータ転送スピード比較（Mbps） IEEE1394 100 200 400 USB1.1 1.5 12 USB2.0 1.5 12 480 （Low speed） （Full speed） （High speed） TP4 TP3 TP2 TP1 NEC μPD720110 Traces Transceiver NEC μPD720110 Transceiver B Connector A Connector USB Cable Device HUB Traces データ転送 Test ＊ 2009年にはUSB3.0がリリースされる予定で5GbpsのSuperSpeed が追加される。

 480Mbpsの高速転送スピードになると信号波形にできるだけ影 響を与えず、ノイズ成分のみを効果的に阻止する部品の選定が重要 になります。  さらに実際にUSB2.0で動作試験を行ない、エラーが発生しない ことを十分に確認しなければなりません。  波形チェックや動作試験は実際のフィールドでの使用状態を想 定し、信号を送るHOST側と信号を受けるDEVICE側両方に同じ EMC部品を実装して行なう必要があります。  この資料に添付している各種データはすべて両方に同じEMC部 品を使用した場合のものです。  上のデータにおいて、2.はチップビーズのインピーダンスにより 240MHzの差動信号が減衰しています。3.はコモンモードフィルタ の特性インピーダンスがUSB2.0規格90Ωと大きく異なるため、差 動信号が歪んでいます。どちらも波形が赤いエリアに入り込んでお り評価NGです。  4.は特性インピーダンスも適切で評価OKです。

3

最適なEMC部品の選定 3-1．各種EMC部品を使用した場合のEye-patternの比較（ケーブル長は0.5m） 1．初期値 2．チップビーズMMZ1608Y121B使用時   100MHzのインピーダンスは120Ω 3．コモンモードフィルタZJYS51R5-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは600Ω 4．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは90Ω 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 1．初期値 2．チップビーズMMZ1608Y121B使用時   100MHzのインピーダンスは120Ω 3．コモンモードフィルタZJYS51R5-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは600Ω 4．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは90Ω 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2-2．SYNC Fieldの波形応答  USB2.0は400mVp-pの差動信号でデータ転送されています。  データ転送が終わり、次のデータ転送が始まる前にインターバル 信号として32bitの信号が転送されます。この32bitのインターバル をSYNC Fieldと言います。  EMC対策としてコモンモードフィルタを使用すると、コモンモ ードフィルタのライン間結合のため、SYNC Fieldの始めの信号が マイナス側に振られます。コモンモードフィルタを選択する場合 の最も注意すべき点です。安全に動作するためにはSYNC Fieldの 1bit目から150mV以上の電圧が望まれます。 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 TP2規格 TP3規格 0.5mケーブル使用時 5mケーブル使用時 観測波形 赤いエリアに波形が入り込まなければ規格を満足しています。 0.5mではより厳しいTP2の規格でも満足しています。

SYNC Fieldの説明 _{HS SYNC field（32bits）}

SE0 K J K J K J K J K J K K Data Receiver squelched differential envelope below 100mV Differential envelope exceeds 150mV reception enabled within four symbol times

Clock recovery circuit must lock in time to detect end of SYNC

End of SYNC detected, receiver begins data recovery SYNC Fieldの波形応答 初期の波形 コモンモードフィルタを使用した時の波形応答 △Vは150mV 以上のこと D V

SYNC Fieldの説明 _{HS SYNC field（32bits）}

SE0 K J K J K J K J K J K K Data Receiver squelched differential envelope below 100mV Differential envelope exceeds 150mV reception enabled within four symbol times

Clock recovery circuit must lock in time to detect end of SYNC

End of SYNC detected, receiver begins data recovery SYNC Fieldの波形応答 初期の波形 コモンモードフィルタを使用した時の波形応答 △Vは150mV 以上のこと D V

 480Mbpsの高速転送スピードになると信号波形にできるだけ影 響を与えず、ノイズ成分のみを効果的に阻止する部品の選定が重要 になります。  さらに実際にUSB2.0で動作試験を行ない、エラーが発生しない ことを十分に確認しなければなりません。  波形チェックや動作試験は実際のフィールドでの使用状態を想 定し、信号を送るHOST側と信号を受けるDEVICE側両方に同じ EMC部品を実装して行なう必要があります。  この資料に添付している各種データはすべて両方に同じEMC部 品を使用した場合のものです。  上のデータにおいて、2.はチップビーズのインピーダンスにより 240MHzの差動信号が減衰しています。3.はコモンモードフィルタ の特性インピーダンスがUSB2.0規格90Ωと大きく異なるため、差 動信号が歪んでいます。どちらも波形が赤いエリアに入り込んでお り評価NGです。  4.は特性インピーダンスも適切で評価OKです。

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最適なEMC部品の選定 3-1．各種EMC部品を使用した場合のEye-patternの比較（ケーブル長は0.5m） 1．初期値 2．チップビーズMMZ1608Y121B使用時   100MHzのインピーダンスは120Ω 3．コモンモードフィルタZJYS51R5-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは600Ω 4．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは90Ω 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 1．初期値 2．チップビーズMMZ1608Y121B使用時   100MHzのインピーダンスは120Ω 3．コモンモードフィルタZJYS51R5-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは600Ω 4．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは90Ω 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2-2．SYNC Fieldの波形応答  USB2.0は400mVp-pの差動信号でデータ転送されています。  データ転送が終わり、次のデータ転送が始まる前にインターバル 信号として32bitの信号が転送されます。この32bitのインターバル をSYNC Fieldと言います。  EMC対策としてコモンモードフィルタを使用すると、コモンモ ードフィルタのライン間結合のため、SYNC Fieldの始めの信号が マイナス側に振られます。コモンモードフィルタを選択する場合 の最も注意すべき点です。安全に動作するためにはSYNC Fieldの 1bit目から150mV以上の電圧が望まれます。 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 TP2規格 TP3規格 0.5mケーブル使用時 5mケーブル使用時 観測波形 赤いエリアに波形が入り込まなければ規格を満足しています。 0.5mではより厳しいTP2の規格でも満足しています。

SYNC Fieldの説明 _{HS SYNC field（32bits）}

SE0 K J K J K J K J K J K K Data Receiver squelched differential envelope below 100mV Differential envelope exceeds 150mV reception enabled within four symbol times

Clock recovery circuit must lock in time to detect end of SYNC

End of SYNC detected, receiver begins data recovery SYNC Fieldの波形応答 初期の波形 コモンモードフィルタを使用した時の波形応答 △Vは150mV 以上のこと D V

SYNC Fieldの説明 _{HS SYNC field（32bits）}

SE0 K J K J K J K J K J K K Data Receiver squelched differential envelope below 100mV Differential envelope exceeds 150mV reception enabled within four symbol times

Clock recovery circuit must lock in time to detect end of SYNC

End of SYNC detected, receiver begins data recovery SYNC Fieldの波形応答 初期の波形 コモンモードフィルタを使用した時の波形応答 △Vは150mV 以上のこと D V

 USB2.0はHigh speed 480Mbpsの転送スピードであるため、 いくらノイズ阻止効果が高くても動作上不安定となるような部品は 使用できません。  このような観点からEye-patternとSYNC Field波形応答を評価 し推奨部品を選定しました。  推奨部品は次のとおりです。 2ラインコモンモードフィルタ：   PC / TV向け ACM2012-900-2P、TCM1210F-900-2P   携帯機器向け TCM1005F-900-2P、TCM0605-900-2P  2ラインコモンモードフィルタを使用する場合はVccラインと GNDラインにチップビーズを使用するとより効果的です。 DCライン用チップビーズ：   MPZ1608S101A、MPZ1608S221A  最終的な輻射ノイズ対策においてFCCやVCCI規格を満足してい ない場合は、USBケーブルに分割タイプのフェライトコアを使用 すると手軽に対策でき、大きな効果が得られます。

4

推奨EMC部品

- V

DD

/ GND Line

-Power Beads

MPZ1608S101A

（100Ω, 3A）

MPZ1608S221A

（220Ω, 2A）

Cable

-PC / TV向け ACM2012-9002P

       TCM1210F-900-2P

携帯機器向け TCM1005F-900-2P

       TCM0605-900-2P

Clamp Filter

ZCAT series

ZCAT1325-0530A

USB Cable

D+

V

DD

F.G.

USB IC

推奨部品一覧

D- 上のデータにおいて3.の波形はSYNC Fieldの電圧が低く評価 NGです。2.はコモンインピーダンスを低く押さえたためSYNC Fieldのスタートから電圧が高く評価OKです。 3-2．各種EMC部品を使用した場合のSYNC Field波形応答の比較（ケーブル長は5m） 評価時の接続 評価結果 Host PC USB cable : 0.5m USB cable : 5m HUB1 HUB2 NEC USB2.0 Controller IC : μPD720100 NEC USB2.0HUB Controller IC : μPD720100 NEC USB2.0HUB Controller IC : μPD720110 CMF CMF Test 1．初期値 2．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時   100MHzのインピーダンスは90Ω 3．コモンモードフィルタACM3225-102-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは1000Ω 4．コモンモードフィルタZCYS51R5-M3PA7T使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは200Ω   ZCYSは3ラインCMFで信号ラインとGNDラインに使用 300mV

SEφ SYNC field

150mV

192mV

 USB2.0はHigh speed 480Mbpsの転送スピードであるため、 いくらノイズ阻止効果が高くても動作上不安定となるような部品は 使用できません。  このような観点からEye-patternとSYNC Field波形応答を評価 し推奨部品を選定しました。  推奨部品は次のとおりです。 2ラインコモンモードフィルタ：   PC / TV向け ACM2012-900-2P、TCM1210F-900-2P   携帯機器向け TCM1005F-900-2P、TCM0605-900-2P  2ラインコモンモードフィルタを使用する場合はVccラインと GNDラインにチップビーズを使用するとより効果的です。 DCライン用チップビーズ：   MPZ1608S101A、MPZ1608S221A  最終的な輻射ノイズ対策においてFCCやVCCI規格を満足してい ない場合は、USBケーブルに分割タイプのフェライトコアを使用 すると手軽に対策でき、大きな効果が得られます。

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推奨EMC部品

- V

DD

/ GND Line

-Power Beads

MPZ1608S101A

（100Ω, 3A）

MPZ1608S221A

（220Ω, 2A）

Cable

-PC / TV向け ACM2012-9002P

       TCM1210F-900-2P

携帯機器向け TCM1005F-900-2P

       TCM0605-900-2P

Clamp Filter

ZCAT series

ZCAT1325-0530A

USB Cable

D+

V

DD

F.G.

USB IC

推奨部品一覧

D- 上のデータにおいて3.の波形はSYNC Fieldの電圧が低く評価 NGです。2.はコモンインピーダンスを低く押さえたためSYNC Fieldのスタートから電圧が高く評価OKです。 3-2．各種EMC部品を使用した場合のSYNC Field波形応答の比較（ケーブル長は5m） 評価時の接続 評価結果 Host PC USB cable : 0.5m USB cable : 5m HUB1 HUB2 NEC USB2.0 Controller IC : μPD720100 NEC USB2.0HUB Controller IC : μPD720100 NEC USB2.0HUB Controller IC : μPD720110 CMF CMF Test 1．初期値 2．コモンモードフィルタACM2012-900-2P使用時   100MHzのインピーダンスは90Ω 3．コモンモードフィルタACM3225-102-2P使用時   100MHzのコモンモードインピーダンスは1000Ω 4．コモンモードフィルタZCYS51R5-M3PA7T使用時  100MHzのコモンモードインピーダンスは200Ω   ZCYSは3ラインCMFで信号ラインとGNDラインに使用 300mV

SEφ SYNC field

150mV

192mV

推奨コモンモードフィルタのSYNC Field波形応答データ

1．初期値（コモンモードフィルタなし） 2．ACM2012-900-2P

3．ACM3225-800-2P

5．ZCYS51R5-M3PA7T（3ラインマルチCMF）

4．ACM3225-161-2P

1st _{bit's amplitude : 300mV 1}st _{bit's amplitude : 192mV}

1st _{bit's amplitude : 172mV} 1st _{bit's amplitude : 206mV} 1st _{bit's amplitude : 232mV} ケーブル長は0.5m 推奨コモンモードフィルタのEye-patternデータ 1．初期値（コモンモードフィルタなし） 2．ACM2012-900-2P 3．ACM3225-800-2P 5．ZCYS51R5-M3PA7T（3ラインマルチCMF） 4．ACM3225-161-2P 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） ケーブル長は0.5m

推奨コモンモードフィルタのSYNC Field波形応答データ

1．初期値（コモンモードフィルタなし） 2．ACM2012-900-2P

3．ACM3225-800-2P

5．ZCYS51R5-M3PA7T（3ラインマルチCMF）

4．ACM3225-161-2P

1st _{bit's amplitude : 300mV 1}st _{bit's amplitude : 192mV}

1st _{bit's amplitude : 172mV} 1st _{bit's amplitude : 206mV} 1st _{bit's amplitude : 232mV} ケーブル長は0.5m 推奨コモンモードフィルタのEye-patternデータ 1．初期値（コモンモードフィルタなし） 2．ACM2012-900-2P 3．ACM3225-800-2P 5．ZCYS51R5-M3PA7T（3ラインマルチCMF） 4．ACM3225-161-2P 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） ケーブル長は0.5m

5-2．差動信号に重畳しているコモンモードノイズの低減効果  差動信号にコモンモードノイズが重畳しているとSkewも悪くな り輻射ノイズが発生します。  コモンモードフィルタは差動信号に影響を与えることなく効果的 にコモンモードノイズを低減してくれます。  シミュレーションでこの効果を求めました。差動信号に1GHzの コモンモードノイズが重畳している場合を想定し、コモンモードフ ィルタの効果を算出しました。 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） < D+, D- > < Skew（D+ ＋D- ） > < D+, D- > < Skew（D+ ＋D- ） > Skewに含まれていた コモンモードノイズが低減している コモンモードフィルタACM2012-900-2Pを 使用した場合 理想的な差動信号に1GHzのコモンモードノイズを 重畳させた場合 1GHz common-mode noise （Potential Differences） Attenuated by CMF  推奨コモンモードフィルタを使用した場合、EMC対策部品とし てどのような効果が得られるかを紹介します。 5-1．差動信号の波形整形効果  理想的な差動信号は波形にひずみや位相遅れがなくSkewも一定 電圧となります。  Skewとは＋の信号（D+）と−の信号（D−）の和（D+ ＋ D−） のことです。  実際の差動信号においては多少のひずみを含んでおりSkewも一 定電圧とはなりません。  これが輻射ノイズ発生の原因となります。  コモンモードフィルタを使用すると波形整形が行なわれより理想 的な波形に近付けることができます。Skewの電圧変動も少なくな り結果として輻射ノイズ低減につながります。 Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D+ and D-（V） Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） < D+, D- > < D+, D- > < D+, D- > < Skew（D+ ＋ D- ） > < Skew（D+ ＋ D- ） > < Skew（D+ ＋D- ） > Skewの電圧変動が少なく なっている 理想的な差動信号 実際の差動信号 コモンモードフィルタACM2012-900-2Pを使用した場合

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コモンモードフィルタによるEMC対策効果例

5-2．差動信号に重畳しているコモンモードノイズの低減効果  差動信号にコモンモードノイズが重畳しているとSkewも悪くな り輻射ノイズが発生します。  コモンモードフィルタは差動信号に影響を与えることなく効果的 にコモンモードノイズを低減してくれます。  シミュレーションでこの効果を求めました。差動信号に1GHzの コモンモードノイズが重畳している場合を想定し、コモンモードフ ィルタの効果を算出しました。 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） < D+, D- > < Skew（D+ ＋D- ） > < D+, D- > < Skew（D+ ＋D- ） > Skewに含まれていた コモンモードノイズが低減している コモンモードフィルタACM2012-900-2Pを 使用した場合 理想的な差動信号に1GHzのコモンモードノイズを 重畳させた場合 1GHz common-mode noise （Potential Differences） Attenuated by CMF  推奨コモンモードフィルタを使用した場合、EMC対策部品とし てどのような効果が得られるかを紹介します。 5-1．差動信号の波形整形効果  理想的な差動信号は波形にひずみや位相遅れがなくSkewも一定 電圧となります。  Skewとは＋の信号（D+）と−の信号（D−）の和（D+ ＋ D−） のことです。  実際の差動信号においては多少のひずみを含んでおりSkewも一 定電圧とはなりません。  これが輻射ノイズ発生の原因となります。  コモンモードフィルタを使用すると波形整形が行なわれより理想 的な波形に近付けることができます。Skewの電圧変動も少なくな り結果として輻射ノイズ低減につながります。 Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D+ and D-（V） Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D+ and D-（V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 D+ and D-（V） Time（nsec） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time（nsec） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 0 Common-mode voltage （V） < D+, D- > < D+, D- > < D+, D- > < Skew（D+ ＋ D- ） > < Skew（D+ ＋ D- ） > < Skew（D+ ＋D- ） > Skewの電圧変動が少なく なっている 理想的な差動信号 実際の差動信号 コモンモードフィルタACM2012-900-2Pを使用した場合

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コモンモードフィルタによるEMC対策効果例

 USB2.0では伝送系の特性インピーダンスとしてTDRが規格化さ れています。  ICの評価ボードでACM2012-900-2Pと低特性インピーダンスコモ ンモードフィルタを使用した場合のTDRの違いを例として紹介し ます。 測定結果：  低特性インピーダンスコモンモードフィルタを使用した場合は、 TDR規格を満足できない。

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_{（TDR : Time Domain Reflectometry）}特性インピーダンスの差によるTDRの違い

Digitizing Oscilloscope HP54750 TDR Module HP54754 Differential mode Characteristics Impedance SMA 1m Cable SMA 3.5mm Connector Series A Connectors VDD line : open GND line : open USB Cable（series B） Series B Connector CMF Test Board USB2.0 HUB Controller IC 250 200 150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Time（ns） Impedance （Ω） through 低インピーダンスCMF ACM2012-900-2P SMA Connector USB Connector USB Cable MSL CMF MSL 規格ハズレ Upper limit（110W ） 90W Lower limit（70W ）    USB2.0では信号線の特性インピーダンスは90±20Ωと規定され ています。  規格から大きく外れた特性インピーダンスのコモンモードフィル タを使用するとEye-patternが大きく乱れます。

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コモンモードフィルタの特性インピーダンスと_{Eye-patternへの影響} 1 10 100 1000 10000 1000 100 10 1 Frequency（MHz） Impedance （Ω） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 X10-9 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 X10-9 適切なCMFを使用した場合 不適切なCMFを使用した場合 ACM2012-900-2P : 90Ω Non-recommendable CMF 特性インピーダンスが90ΩのACM2012-900-2Pと60Ωのコモンモードフィルタでの比較 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 CMFなしの場合 ACM2012-900-2Pを使用した場合 特性インピーダンスが60Ωの_{CMFを使用した場合} Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） Eye-patternに乱れが発生している 特性インピーダンス比較データ ACM2012-900-2Pと低インピーダンスCMF

 USB2.0では伝送系の特性インピーダンスとしてTDRが規格化さ れています。  ICの評価ボードでACM2012-900-2Pと低特性インピーダンスコモ ンモードフィルタを使用した場合のTDRの違いを例として紹介し ます。 測定結果：  低特性インピーダンスコモンモードフィルタを使用した場合は、 TDR規格を満足できない。

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_{（TDR : Time Domain Reflectometry）}特性インピーダンスの差によるTDRの違い

Digitizing Oscilloscope HP54750 TDR Module HP54754 Differential mode Characteristics Impedance SMA 1m Cable SMA 3.5mm Connector Series A Connectors VDD line : open GND line : open USB Cable（series B） Series B Connector CMF Test Board USB2.0 HUB Controller IC 250 200 150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Time（ns） Impedance （Ω） through 低インピーダンスCMF ACM2012-900-2P SMA Connector USB Connector USB Cable MSL CMF MSL 規格ハズレ Upper limit（110W ） 90W Lower limit（70W ）    USB2.0では信号線の特性インピーダンスは90±20Ωと規定され ています。  規格から大きく外れた特性インピーダンスのコモンモードフィル タを使用するとEye-patternが大きく乱れます。

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コモンモードフィルタの特性インピーダンスと_{Eye-patternへの影響} 1 10 100 1000 10000 1000 100 10 1 Frequency（MHz） Impedance （Ω） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 X10-9 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 X10-9 適切なCMFを使用した場合 不適切なCMFを使用した場合 ACM2012-900-2P : 90Ω Non-recommendable CMF 特性インピーダンスが90ΩのACM2012-900-2Pと60Ωのコモンモードフィルタでの比較 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 CMFなしの場合 ACM2012-900-2Pを使用した場合 特性インピーダンスが60Ωの_{CMFを使用した場合} Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.4 Time（nsec） D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 D+ and D-（V） Eye-patternに乱れが発生している 特性インピーダンス比較データ ACM2012-900-2Pと低インピーダンスCMF