共模干擾作為EMC干擾中最為常見且危害很大的干擾,抑制它的方法除了濾波外，還可以通過對信號線路進行屏蔽，在PCB 板上大面積鋪地降低地線阻抗來減少共模信號強度等方法。

 

什么是共模與差模？          

 

電器設備的電源線，電話等的通信線, 與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作為往返線路輸送電力或信號，在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導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線內部作往返傳輸的，我們稱之為"差模"；而黃信號是在信號與地線之間傳輸的，我們稱之為"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體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾,它定義為任何兩個載流導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，還可以通過導線產生輻射，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備產生危害，但是如果共模干擾轉變為差模干擾，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，以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等，差模電流會轉換成共模電流。        

 

>共模干擾產生原因         

 

1. 電網串入共模干擾電壓。         

 

2. 輻射干擾（如雷電，設備電弧，附近電臺，大功率輻射源）在信號線上感應出共模干擾，原因是交變的磁場產生交變   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。         

 

3. 接地電壓不一樣，簡單的說就電位差而造就了共模干擾。       

 

4. 設備內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的，一般情況下共模干擾電流產生的原因有三個方面:         

 

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

2. 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動下產生的電流。           

 

3. 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生共模干擾電流。          

 

器件如果在其電路走線上產生共模干擾電流，則電路走線會產生強烈的電磁輻射，對電子、電氣產品元器件產生電磁干擾，影響產品的性能指標；另外，當電路不平衡時，共模干擾電流會轉變為差模干擾電流，差模干擾電流對電路直接產生干擾影響。對于電子、電氣產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線環路時，將引起差模干擾輻射，這種環路相當于小環天線，能向空間輻射磁場，或接收磁場。  

      

>如何識別共模干擾         

 

1. 從干擾源判斷:雷電、附近發生的電弧、附近的電臺或其它大功率輻射裝置在電纜上產生的干擾為共模干擾。         

 

2. 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到電纜上的，這種感應只有在較高頻率時才容易發生。但有一種例外，當電纜從很強的磁場輻射源(例如，開關電源)旁邊通過時，也會感應到頻率較低的共模干擾。       

 

3. 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：           

 

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

 

b. 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。           

 

c. 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，恰當地選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線圈時，由于共模干擾電流的同向性，會在線圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現為高阻抗，產生較強的阻尼效果，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共模電感時，電流在同相繞制的共模電感線圈中產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 

     

 

 

USB 端口的濾波處理－使用共模電感         

 

USB 傳輸線上的信號是差分信號而干擾源是共模干擾信號，在傳輸線上串上共模電感能較好的抑制共模干擾，而對有用的差分信號沒有任何衰減。

     

 

 

USB 高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模干擾  

      

 

 

電路中加入濾波器－共模電感后共模干擾信號得到有效抑制         

 

如果共模干擾源是在電源回路，可使用共模電容來抑制干擾信號：  

             

 

 

在電路中引入共模電容，則共模電容提供最短的路徑使共模干擾信號被旁路，從而抑制共模干擾的產生 。           

 

如果電源回路同時還存在差模干擾，使用差模電容來抑制干擾 

            

 

 

在電路中引入差模電容，則差模電容提供最短的路徑使差模干擾信號被旁路，從而抑制差模干擾的產生 。