共模幹擾和差模幹擾是電子、電氣產品上重要的幹擾之一
，它們可以對周圍產品的穩定性產生嚴重的影響。在對某些電子
、dianqichanpinjinxingdiancijianrongxingshejiheceshideguochengzhong
，youyuduigezhongdianciganraocaiqudeyizhicuoshibudangerzaochengchanpinzaijinxingdiancijianrongjianceshibufenceshixiangmuchaobiaohuotongbuguoＥＭＣ測試，從而造成了大量人力、財(cai)力(li)的(de)浪(lang)費(fei)。為(wei)了(le)掌(zhang)握(wo)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)一(yi)些(xie)特(te)點(dian)，正(zheng)確(que)理(li)解(jie)一(yi)些(xie)概(gai)念(nian)是(shi)十(shi)分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)和(he)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)的(de)概(gai)念(nian)就(jiu)是(shi)這(zhe)樣(yang)一(yi)種(zhong)重(zhong)要(yao)概(gai)念(nian)。正(zheng)確(que)理(li)解(jie)和(he)區(qu)分(fen)共(gong)模(mo)和(he)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)對(dui)於(yu)電(dian)子(zi)、電氣產品在設計過程中采取相應的抗幹擾技術十分重要
，也有利於提高產品的電磁兼容性。

 

 

2.1 共模幹擾信號和差模幹擾信號

 

對於形形色色的幹擾信號對電子、電氣設備的影響可用圖２－１的示意圖來表示。其中把相線（Ｌ）與地（Ｅ）和中線（Ｎ）與地（Ｅ）間存在的電磁幹擾（EMI）信號稱為共模（Common Mode）幹擾信號
，即圖２－１中的電壓Ｕ１
、Ｕ２；對Ｌ、Ｎ線而言
，共模幹擾信號可視為在Ｌ線和Ｎ線上傳輸的電位相等，相位相同的噪聲信號。把Ｌ線和Ｎ線之間存在的幹擾信號稱作差模（Diff-erential Mode）幹擾信號，也可把它視為在Ｌ線和Ｎ線上有180°相位差的共模幹擾信號。對於任何電源係統的傳導幹擾信號
，都可用共模和差模幹擾信號來表示
；並且可把Ｌ－Ｅ和Ｎ－Ｅ上的共模幹擾信號、Ｌ－Ｎ上的差模幹擾信號看作獨立的騷擾源，把Ｌ－Ｅ、Ｎ－Ｅ和Ｌ－Ｎ看作獨立的網絡端口，以便於分析ＥＭＩ信號和處理有關的濾波網絡。

 

2.2 共模電流和差模電流

 

幹擾電流在導線上傳輸時有兩種方式：共模方式和差模方式，如圖２－２所示。一對導線上如流過差模電流則兩條線上的電流大小相等
，方向相反；eryibanyouyongxinhaoyedoushichamodianliu。yiduidaoxianshangruliuguogongmodianliuzeliangtiaoxianshangdedianliufangxiangxiangtong。ganraodianliuzaidaoxianshangchuanshushijikeyichamofangshichuxian，yekeyigongmofangshichuxian。dangongmodianliuzhiyoubianchengchamodianliuhou
，cainengduiyouyongxinhaogouchengganrao。

 

 

 

3.1 差模／共模幹擾產生的原因

 

從上麵的概念中
，我們體會到：共模幹擾電壓並不會影響電路的正常工作，因為相線Ｌ

、中線Ｎ與yu回hui線xian之zhi間jian的de信xin號hao電dian壓ya並bing沒mei有you因yin為wei幹gan擾rao電dian壓ya存cun在zai而er發fa生sheng改gai變bian，而er差cha模mo幹gan擾rao電dian壓ya是shi引yin起qi電dian路lu故gu障zhang的de根gen本ben原yuan因yin。因yin此ci，在zai實shi際ji設she計ji抗kang幹gan擾rao電dian路lu時shi，有you人ren認ren為wei隻zhi要yao重zhong點dian考kao慮lv濾lv除chu差cha模mo幹gan擾rao就jiu可ke以yi了le，但dan事shi實shi並bing非fei如ru此ci簡jian單dan
，原yuan因yin是shi：

 

（１）由於電路的不平衡性，相同的共模電壓會在信號線和信號地線上產生不同幅度的共模電流，從而產生差模電壓，形成幹擾。

 

（２）共模電流會產生很強的輻射
，對周圍的電路形成輻射性幹擾
，而電纜的共模輻射則是設備輻射幹擾發射超標的主要原因之一。

 

一般情況下，電纜上產生共模電流的原因有三個方麵：一個是外界電磁場在電纜中所有導線上感應出來的電壓（這個電壓相對於大地是等幅同相的），這個電壓產生電流；另一個原因是電纜兩端的設備所接的地電位不同，在這個地電位的驅動下產生電流；第di三san個ge原yuan因yin是shi設she備bei上shang的de電dian纜lan與yu大da地di之zhi間jian的de電dian位wei差cha，這zhe樣yang電dian纜lan上shang會hui有you共gong模mo電dian流liu。如ru果guo設she備bei在zai其qi電dian纜lan上shang產chan生sheng共gong模mo電dian流liu，電dian纜lan會hui產chan生sheng強qiang烈lie的de電dian磁ci輻fu射she，對dui電dian子zi、電dian氣qi產chan品pin元yuan器qi件jian產chan生sheng電dian磁ci幹gan擾rao
，影ying響xiang產chan品pin的de性xing能neng指zhi標biao。另ling外wai，當dang電dian路lu不bu平ping衡heng時shi，共gong模mo電dian流liu會hui轉zhuan變bian為wei差cha模mo電dian流liu
，差cha模mo電dian流liu對dui電dian路lu直zhi接jie產chan生sheng幹gan擾rao影ying響xiang。對dui於yu電dian子zi
、電氣產品電路中的信號線及其回路而言：chamodianliuliuguodianluzhongdedaoxianhuanlushi，jiangyinqichamofushe，zhezhonghuanluxiangdangyuxiaohuantianxian
，nengxiangkongjianfushecichang
，huojieshoucichang。yinci，bixuxianzhihuanludedaxiaohemianji。

 

目標信號在電路中的傳輸，總是以雙線方式傳輸
，習慣上稱為信

號回路。但就幹擾信號來說，它進入電磁設備傳輸就有可能出現兩種情況：一種情況是與目標信號一起沿正常回路串入工作單元，形成差模幹擾
；lingyizhongqingkuangshiyichuanshumubiaoxinhaodeshuangxianzuoweiyixian
，youyidiweilingyixiansuogouchengdechuanshuhuilu
，rangganraoxinhaojinrugongzuodanyuandemoshi
，xingchenggongmoganrao。lingyigezhidezhuyidefangmianshi，youyuxinhaohuiludeshuangxianduididediantexingbuyidingwanquanpingheng，yushiyoukenengyexingchengchamoganrao。

 

youcongouhedetujinglaishuo
，chamoganraodechuxian

，jibenshangshizhijieouhedejieguo，ergongmoganraodechuxian，duobishiganyingouhehefusheouhedejieguo
，qiqiangduzezhijieyuhuiludejihexingtai、方向有關。

 

3.2 PCB上的幹擾

 

一般說來，PCB上的電路功能問題主要是由差模電壓或電流造成的，而印製電路板向外的電磁輻射效應主要是由共模電壓或電流造成的。通常PCB上的差模和共模電壓或電流是由同一個物理層上的驅動源（即同一個幹擾源）產生的，共模電壓或電流是由差模電壓或電流經某種機製轉換而來的。

 

圖３－１給出了PCB上最典型的差模電流和共模電流的情形。PCB上的差模電流通常是在印製電路板電路內部形成的
，差模電源通常是電路中的信號電源。共模電流通常是信號線與地（包括接地層和結構地板）之間，通過分布電參數或公共阻抗形成的。PCB上的差模電流

和共模電流的基本概念及其等效電路如圖３－２所示。

 

 

共模電流可以通過接地結構或公共結構連接到PCB的輸入／輸出設備的電纜上，產生向外的輻射幹擾影響。共模電流可以由布線層上的差模電流的影響而產生，通常都是由於PCB結jie構gou造zao成cheng的de由you差cha模mo到dao共gong模mo的de轉zhuan換huan機ji製zhi產chan生sheng的de

，特te別bie是shi由you於yu結jie構gou的de非fei對dui稱cheng性xing，會hui使shi差cha模mo電dian流liu產chan生sheng不bu平ping衡heng或huo不bu可ke對dui消xiao的de差cha模mo電dian流liu通tong量liang而er導dao致zhi共gong模mo電dian流liu。

 

3.3 差模輻射和共模輻射的模擬

 

差模電流流過電路中的導線環路時

，將引起差模輻射
，如圖３－３所示。這種環路相當於小環天線
，能向空間輻射磁場，或接受外界的磁場。

 

當差模輻射用小環天線產生的輻射來模擬時，可設環路電流為Ｉ，環麵積為Ｓ，在距離為ｒ的遠場
，電場強度可由下麵的電磁輻射模擬公式求得：

 

 

式中：

 

Ｅ——PCB空間ｒ處的輻射電場強度（Ｖ／ｍ）

 

f——PCB上的工作電流頻率（Ｈｚ）

 

S——PCB上的環路麵積（m2）

 

Ｉ——PCB上的電流（Ａ）

 

ｒ——到PCB環路的距離（ｍ）

 

θ——測量天線與輻射平麵的夾角（°）

 

式（１）表明，差模輻射與環電流和環麵積成正比，與頻率的平方成正比。因此，可采用下述三種方法來抑製差模輻射：

 

減小電流幅度Ｉ；

 

減小信號頻率及其諧波，加大數字信號上升／下降沿（）為數子脈衝的上升／下降時間，數字脈衝頻譜寬度，實驗顯示實際輻射頻率f在0.1ＢＷ＜f＜10ＢＷ範圍內時產生的幹擾較大
；

 

減小環麵積Ｓ，將信號線緊挨接地線。

 

 

在此，采用接地平麵就能有效地減小接地係統中的地電位。地平麵的一個主要好處是能夠使輻射的環路最小，這保證了PCB上的最小差模輻射和對外界幹擾的敏感度，從EMCdejiaodukan，dixianmiandezhuyaozuoyongshijianxiaodixianzukang，congerjianxiaodixiansaorao。dangbushiyongdixianmianshi
，weiledadaotongyangdexiaoguo，bixuzaigaopindianluhuomingandianludelinjinweizhishezhiyigendixian。

 

共模輻射是由於接地電路中存在電壓降

，某些部位具有高電位的共模電壓，即在同一塊PCB上shang
，存cun在zai不bu同tong電dian位wei差cha的de電dian位wei分fen布bu區qu域yu
，當dang外wai接jie電dian纜lan與yu這zhe些xie部bu位wei連lian接jie時shi，就jiu會hui在zai共gong模mo電dian壓ya激ji勵li下xia形xing成cheng共gong模mo電dian流liu，成cheng為wei輻fu射she電dian場chang的de天tian線xian，如ru圖tu３－４所示，這多是由於接地係統中存在電壓降所造成的。共模輻射通常決定了產品的輻射性能。

 

 

共模輻射可用對地電壓激勵的
、長度小於1/4波長的短單極天線來模擬，例如外接電纜的共模輻射，如圖３－４所示。對於接地平麵上長度為ｌ的短單極天線來說
，在遠場ｒ處的電場強度為：

 

(2)

 

上式中l為天線長度（ｍ）

 

式（２）表明

，共模輻射與頻率f、共模電流Ｉ及天線長度l成正比
，應分別予以限製，而限製共模電流Ｉ是減小共模輻射的基本方法。為此，需要做到以下幾點：

 

（１）盡量減小激勵此天線的源電壓，即地電位；

 

（２）提供與電纜串聯的高共模阻抗

，即加共模扼流圈；

 

（３）將共模電流旁路到地。在設計PCB電路時，印製線的長度應盡可能短而寬。具體情況下
，天線的總長度大於λ/20後，天線的輻射才可能有效。當天線的長度與幹擾波的波長符合下麵關係

時，輻射的能量最大。

 

（3）

 

因此，為了減少電流輻射的幹擾能量，應根據預測或測量到的電磁波頻率、並根據印製線的長度和其輻射頻率的響應關係，合理地設計PCB中線路的長度，使其組成的共模天線尺寸小於或不滿足關係式（3）。

 

3.4 從頻率上判斷幹擾的方法

 

從幹擾信號的頻率上識別和判斷差模幹擾和共模幹擾的方法：差模幹擾一般頻率較低，主要集中在1MHz以下
，共模幹擾主要集中在1MHz以yi上shang。這zhe是shi由you於yu共gong模mo幹gan擾rao是shi通tong過guo空kong間jian感gan應ying到dao電dian纜lan上shang的de，這zhe種zhong感gan應ying隻zhi有you在zai較jiao高gao頻pin率lv時shi才cai容rong易yi發fa生sheng。但dan有you一yi個ge例li外wai，當dang電dian纜lan從cong很hen強qiang的de磁ci場chang輻fu射she源yuan（如開關電源）旁路通過時，也會感應上頻率較低的共模幹擾。

 

 

在產品設計過程中
，合理的電路布局、良liang好hao的de接jie地di係xi統tong能neng增zeng強qiang產chan品pin的de抗kang幹gan擾rao能neng力li，但dan是shi對dui於yu產chan品pin中zhong和he電dian纜lan上shang存cun在zai的de差cha模mo幹gan擾rao和he共gong模mo幹gan擾rao

，在zai電dian路lu設she計ji和he試shi驗yan過guo程cheng中zhong應ying進jin行xing特te殊shu處chu理li，才cai能neng有you效xiao地di抑yi製zhi來lai自zi電dian源yuan線xian或huo信xin號hao線xian的de射she頻pin幹gan擾rao。

 

對某些電子
、dianqichanpinjinxingchuandaokangraoduceshibiaoming，helidebuju，duiguanjiandianludechuli

，nengyouxiaobaohuminganyuanqijianbushoudianciganraodeyingxiang，zengqiangchanpindekangganraonengli。duijiedixitongdezhengquexuanze，budankeyijianshaochanpinneibugao、低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)的(de)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)，還(hai)能(neng)減(jian)小(xiao)地(di)環(huan)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)，抑(yi)製(zhi)來(lai)自(zi)信(xin)號(hao)線(xian)或(huo)電(dian)源(yuan)線(xian)的(de)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)。關(guan)於(yu)產(chan)品(pin)的(de)接(jie)地(di)
，從(cong)電(dian)路(lu)參(can)考(kao)點(dian)的(de)角(jiao)度(du)考(kao)慮(lv)，接(jie)地(di)可(ke)分(fen)為(wei)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)、多點接地和混合接地三種
，讀者可參閱相關資料，此處不再贅述。

 

在電子、電氣產品的設計過程中，可以采用下述方法對差模幹擾和共模幹擾進行抑製。

 

4.1 加共模／差模扼流圈

 

在電子、電氣產品的信號線或電源線輸入端口加共模扼流圈抑製共模電流幹擾，加差模扼流圈抑製差模電流幹擾。

 

共gong模mo濾lv波bo和he差cha模mo濾lv波bo的de不bu同tong點dian在zai於yu旁pang路lu電dian容rong的de連lian接jie方fang式shi和he電dian感gan線xian圈quan的de製zhi作zuo方fang法fa上shang。在zai共gong模mo濾lv波bo中zhong
，旁pang路lu電dian容rong要yao連lian接jie在zai被bei濾lv波bo導dao線xian與yu共gong模mo電dian壓ya參can考kao地di之zhi間jian
；差模濾波中，旁路電容連接在信號線和信號地線之間。差模扼流圈是將線圈繞在一個獨立的磁芯上，如圖４－１（ａ）所suo示shi，該gai線xian圈quan在zai繞rao製zhi過guo程cheng中zhong要yao防fang止zhi磁ci芯xin發fa生sheng磁ci飽bao和he。共gong模mo扼e流liu圈quan是shi將jiang信xin號hao線xian及ji其qi回hui線xian繞rao在zai同tong一yi個ge磁ci芯xin上shang，繞rao製zhi的de方fang法fa是shi使shi流liu過guo兩liang個ge繞rao組zu的de差cha模mo電dian流liu在zai磁ci芯xin中zhong產chan生sheng的de磁ci場chang方fang向xiang相xiang反fan，如ru圖tu４－1（ｂ）所(suo)示(shi)。共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)可(ke)以(yi)使(shi)直(zhi)流(liu)和(he)低(di)頻(pin)時(shi)的(de)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)，但(dan)對(dui)於(yu)高(gao)頻(pin)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)則(ze)呈(cheng)現(xian)很(hen)大(da)阻(zu)抗(kang)而(er)被(bei)抑(yi)製(zhi)。對(dui)於(yu)絕(jue)緣(yuan)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)
，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)雙(shuang)線(xian)共(gong)繞(rao)的(de)方(fang)法(fa)構(gou)成(cheng)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)，如(ru)圖(tu)４－1（ｃ）所示
，對於交流電源線考慮到兩根線之間必須承受較高的電壓，兩根線必須分開繞。

 

圖４－１?差模扼流圈和共模扼流圈的結構

 

共模扼流圈一般采用在導磁率高、頻pin率lv特te性xing較jiao佳jia的de鐵tie氧yang體ti磁ci性xing材cai料liao上shang繞rao製zhi，因yin為wei鐵tie氧yang體ti的de導dao磁ci率lv很hen高gao，可ke以yi獲huo得de很hen大da的de電dian感gan量liang，而er由you於yu共gong模mo扼e流liu圈quan的de特te殊shu繞rao製zhi方fang法fa，沒mei有you磁ci芯xin飽bao和he的de危wei險xian。差cha模mo扼e流liu圈quan一yi般ban在zai鐵tie粉fen磁ci芯xin上shang繞rao製zhi，通tong過guo減jian小xiao磁ci芯xin中zhong的de磁ci通tong密mi度du來lai避bi免mian飽bao和he。

 

4.2 加低通濾波電路

 

在進行幹擾抑製時
，可在電子、電dian氣qi產chan品pin的de信xin號hao線xian或huo電dian源yuan線xian輸shu入ru端duan口kou增zeng加jia簡jian單dan的de低di通tong濾lv波bo電dian路lu。通tong常chang的de低di通tong濾lv波bo器qi是shi用yong電dian感gan和he電dian容rong組zu合he而er成cheng的de，電dian容rong並bing聯lian在zai要yao濾lv波bo的de信xin號hao線xian與yu信xin號hao地di線xian之zhi間jian（濾除差模幹擾電流）

，或信號線與機殼地或大地之間（濾除共模幹擾電流），電感串聯在要濾波的信號線上。常見的濾波電路見圖４－２所示。

 

圖４－２常見濾波電路

 

使(shi)用(yong)單(dan)電(dian)容(rong)和(he)單(dan)電(dian)感(gan)電(dian)路(lu)

，在(zai)某(mou)一(yi)頻(pin)率(lv)上(shang)會(hui)有(you)改(gai)善(shan)
，但(dan)是(shi)可(ke)能(neng)在(zai)另(ling)一(yi)頻(pin)率(lv)上(shang)會(hui)引(yin)入(ru)新(xin)的(de)幹(gan)擾(rao)。在(zai)實(shi)際(ji)測(ce)試(shi)中(zhong)，應(ying)根(gen)據(ju)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)選(xuan)擇(ze)電(dian)容(rong)和(he)電(dian)感(gan)，或(huo)使(shi)用(yong)LC濾波電路，常見的LC濾波電路如圖４－３所示。

 

圖４－３LC濾波電路

 

使用LC濾波電路


，可根據公式計算電路的諧振頻率，在測試過程中
，調整電感、dianrong，shixiezhenpinlvyuchanpindeganraopinlvxiangjinhuojiejinganraopinlvdezhongxinpinlv。duipinlvhengaodedianciganrao
，keyishiyongsanduandianronghuochuanxindianrongjinxinglvbo。

 

4.3 差模幹擾和共模幹擾的抑製
 

對於差模噪聲
，減少幹擾的方法是在信號線和電源線上串聯差模扼流圈、並聯電容或用電容或電感組成低通濾波器，來減小高頻的噪聲，阻止幹擾電流流入電路，如圖４－４（ａ）所示；對於共模噪聲，減小幹擾的方法是在信號線或電源線中串聯共模扼流圈，在地與導線之間並聯電容器，組成ＬＣ濾波器進行濾波，濾去共模噪聲，如圖４－４（ｂ）所

示。

 

圖４－４差模噪聲和共模噪聲的抑製

 

 

在電子
、電dian氣qi產chan品pin中zhong，幹gan擾rao的de來lai源yuan比bi較jiao複fu雜za，而er差cha模mo幹gan擾rao和he共gong模mo幹gan擾rao一yi直zhi是shi阻zu礙ai產chan品pin順shun利li通tong過guo電dian磁ci兼jian容rong檢jian測ce的de主zhu要yao因yin素su之zhi一yi。要yao抑yi製zhi產chan品pin產chan生sheng的de差cha模mo幹gan擾rao和he共gong模mo幹gan擾rao，事shi後hou的de對dui策ce無wu論lun從cong電dian路lu改gai進jin或huo外wai部bu結jie構gou上shang進jin行xing補bu救jiu，都dou不bu是shi解jie決jue問wen題ti的de萬wan全quan之zhi策ce
，最zui好hao的de方fang法fa還hai是shi在zai產chan品pin的de設she計ji過guo程cheng中zhong便bian考kao慮lv到dao各ge類lei幹gan擾rao問wen題ti，采cai取qu相xiang應ying的de抗kang幹gan擾rao技ji術shu來lai濾lv除chu和he抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao，才cai能neng使shi產chan品pin達da到dao抗kang電dian磁ci幹gan擾rao的de要yao求qiu，提ti高gao其qi電dian磁ci

兼容性。

 

參考文獻：

 

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