EMC中的共模干擾與差模干擾

什么是共模與差模

電器設(shè)備的電源線，電話等的通信線, 與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號，在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時有兩種形態(tài), 一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模"；另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。

如上圖, 藍色信號是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)模覀兎Q之為"差模"；而黃信號是在信號與地線之間傳輸?shù)模覀兎Q之為"共模"。

共模干擾與差模干擾

任何兩根電源線或通信線上所存在的干擾，均可用共模干擾和差模干擾來表示：共模干擾在導(dǎo)線與地（機殼）之間傳輸，屬于非對稱性干擾，它定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對稱性干擾,它定義為任何兩個載流導(dǎo)體之間的不希望有的電位差。在一般情況下，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。

共模干擾信號

共模干擾的電流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。電氣設(shè)備對外的干擾多以共模干擾為主，外來的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會對設(shè)備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴重了，因為有用信號都是差模信號。

差模干擾信號

差模干擾的電流大小相等，方向（相位）相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續(xù)，以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等，差模電流會轉(zhuǎn)換成共模電流。

共模干擾產(chǎn)生原因

電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

輻射干擾（如雷電，設(shè)備電弧，附近電臺，大功率輻射源）在信號線上感應(yīng)出共模干擾，原因是交變的磁場產(chǎn)生交變 ? 的電流，地線－零線回路面積與地線－火線回路面積不相同，兩個回路阻抗不同等原因造成電流大小不同。

接地電壓不一樣，簡單的說就電位差而造就了共模干擾。

設(shè)備內(nèi)部的線路對電源線造成的共模干擾。

共模干擾電流

共模干擾一般是以共模干擾電流存在的形式出現(xiàn)的，一般情況下共模干擾電流產(chǎn)生的原因有三個方面:

外界電磁場在電路走線中的所有導(dǎo)線上感應(yīng)出來電壓（這個電壓相對于大地是等幅和同相的），由這個電壓產(chǎn)生的電流。

由于電路走線兩端的器件所接的地電位不同，在這個地電位差的驅(qū)動下產(chǎn)生的電流。

器件上的電路走線與大地之間有電位差，這樣電路走線上會產(chǎn)生共模干擾電流。

器件如果在其電路走線上產(chǎn)生共模干擾電流，則電路走線會產(chǎn)生強烈的電磁輻射，對電子、電氣產(chǎn)品元器件產(chǎn)生電磁干擾，影響產(chǎn)品的性能指標；另外，當電路不平衡時，共模干擾電流會轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_電流，差模干擾電流對電路直接產(chǎn)生干擾影響。對于電子、電氣產(chǎn)品電路中的信號線及其回路而言:差模干擾電流流過電路中的導(dǎo)線環(huán)路時，將引起差模干擾輻射，這種環(huán)路相當于小環(huán)天線，能向空間輻射磁場，或接收磁場。

如何識別共模干擾

從干擾源判斷

雷電、附近發(fā)生的電弧、附近的電臺或其它大功率輻射裝置在電纜上產(chǎn)生的干擾為共模干擾。

從頻率上判斷

共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應(yīng)到電纜上的，這種感應(yīng)只有在較高頻率時才容易發(fā)生。但有一種例外，當電纜從很強的磁場輻射源(例如，開關(guān)電源)旁邊通過時，也會感應(yīng)到頻率較低的共模干擾。

用儀器測量

只要有一臺頻譜分析儀和一只電流卡鉗就可以進行測量、判斷了。

判斷的步驟如下：

將電流卡鉗分別卡在信號線或地線(火線或零線)上，記錄下某個感應(yīng)頻率(f1)的干擾強度。

將電流卡鉗同時卡住信號線和地線，若能觀察到(f1)處的干擾，則(f1)干擾中包含共模干擾成份，要判斷是否僅含共模干擾成份，進行步驟c的判別。

將卡鉗分別卡住信號線和地線，若兩根線上測得的(f1)干擾的幅度相同，則(f1)干擾中僅含共模干擾成份;若不相同，則(f1)干擾中還包含差模干擾成份。

如何抑制共模干擾

共模干擾作為EMC干擾中最為常見且危害較大的干擾，我們抑制它最直接的方法就是濾波，這是抑制和防止共模干擾的一項重要措施。濾波器的功能就是允許某一特定頻率的信號順利通過，而其它頻率的信號則要受到較大的抑制，它實質(zhì)上是一個選頻電路,它切斷了電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，另外它還是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時，可以用濾波器將無用的干擾信號濾除。因此，恰當?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對抑制共模干擾是十分重要的。

如果有用信號是差模信號而干擾信號是共模信號，可使用共模電感來抑制干擾信號：

共模電感的原理和抑制干擾

在電路中串入共模電感，當有共模干擾電流流經(jīng)線圈時，由于共模干擾電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模干擾電流，達到濾波的目的；當電路中的正常差模電流流經(jīng)共模電感時，電流在同相繞制的共模電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，因而對正常的差模電流基本沒有衰減作用。

案例 ?USB 信號上的共模干擾抑制方法