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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
81
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
100200400
USB1.11.512
USB2.01.512480
（Low speed）（Full speed）（High speed）
TP4 TP3 TP2 TP1
NECμPD720110
Traces
Transceiver
NECμPD720110
Transceiver BConnector
AConnector
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。
83
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
82
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
-0.60 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 J J J J DataK K K K K K
Receiver squelcheddifferential envelopebelow 100mV
Differential envelopeexceeds 150mVreception enabled withinfour symbol times
Clock recovery circuitmust lock in time todetect end of SYNC
End of SYNCdetected, receiverbegins datarecovery
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 J J J J DataK K K K K K
Receiver squelcheddifferential envelopebelow 100mV
Differential envelopeexceeds 150mVreception enabled withinfour symbol times
Clock recovery circuitmust lock in time todetect end of SYNC
End of SYNCdetected, receiverbegins datarecovery
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
83
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
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-0.5
-0.6
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
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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
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-0.4
-0.5
-0.6
0.6
0.5
0.4
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-0.1
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-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
82
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
-0.60 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 J J J J DataK K K K K K
Receiver squelcheddifferential envelopebelow 100mV
Differential envelopeexceeds 150mVreception enabled withinfour symbol times
Clock recovery circuitmust lock in time todetect end of SYNC
End of SYNCdetected, receiverbegins datarecovery
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 J J J J DataK K K K K K
Receiver squelcheddifferential envelopebelow 100mV
Differential envelopeexceeds 150mVreception enabled withinfour symbol times
Clock recovery circuitmust lock in time todetect end of SYNC
End of SYNCdetected, receiverbegins datarecovery
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
85
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
- VDD / 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 FilterZCAT seriesZCAT1325-0530A
USB Cable
D+
VDD
F.G.
USB IC
推奨部品一覧
D-
84
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 PCUSB cable : 0.5m
USB cable : 5m
HUB1 HUB2
NEC USB2.0Controller IC :
μPD720100
NEC USB2.0HUBController IC :
μPD720100
NEC USB2.0HUBController 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
232mV
85
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
- VDD / 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 FilterZCAT seriesZCAT1325-0530A
USB Cable
D+
VDD
F.G.
USB IC
推奨部品一覧
D-
84
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 PCUSB cable : 0.5m
USB cable : 5m
HUB1 HUB2
NEC USB2.0Controller IC :
μPD720100
NEC USB2.0HUBController IC :
μPD720100
NEC USB2.0HUBController 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
232mV
87
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 1st bit's amplitude : 192mV
1st bit's amplitude : 172mV1st bit's amplitude : 206mV
1st bit's amplitude : 232mV
ケーブル長は0.5m
86
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
-0.60 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 2.4Time（nsec）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Time（nsec）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Time（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
87
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 1st bit's amplitude : 192mV
1st bit's amplitude : 172mV1st bit's amplitude : 206mV
1st bit's amplitude : 232mV
ケーブル長は0.5m
86
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
-0.60 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 2.4Time（nsec）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Time（nsec）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Time（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
89
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
0Common-mode voltage（V）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.1
0Common-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
88
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
0Common-mode voltage（V）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.1
0Common-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
5 コモンモードフィルタによるEMC対策効果例
89
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
0Common-mode voltage（V）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.1
0Common-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
88
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
0Common-mode voltage（V）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.1
0Common-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
5 コモンモードフィルタによるEMC対策効果例
91
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。
7特性インピーダンスの差によるTDRの違い（TDR : Time Domain Reflectometry）
Digitizing Oscilloscope HP54750
TDR Module HP54754
Differential modeCharacteristics Impedance
SMA 1m Cable
SMA 3.5mmConnector
Series AConnectors
VDD line : open
GND line : open
USB Cable（series B）Series B Connector
CMF
Test Board
USB2.0 HUBController IC
250
200
150
100
50
00 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 ConnectorUSB Connector
USBCable
MSL CMF MSL
規格ハズレ
Upper limit（110 W）
90 W
Lower limit（70 W）
90
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。
6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 2.4X10-9
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
91
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。
7特性インピーダンスの差によるTDRの違い（TDR : Time Domain Reflectometry）
Digitizing Oscilloscope HP54750
TDR Module HP54754
Differential modeCharacteristics Impedance
SMA 1m Cable
SMA 3.5mmConnector
Series AConnectors
VDD line : open
GND line : open
USB Cable（series B）Series B Connector
CMF
Test Board
USB2.0 HUBController IC
250
200
150
100
50
00 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 ConnectorUSB Connector
USBCable
MSL CMF MSL
規格ハズレ
Upper limit（110 W）
90 W
Lower limit（70 W）
90
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。
6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 2.4X10-9
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
