一 定义

电子设备和其他设备进行通信,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送信号,在这两根导线之外通常还有第三方导体,这就是地线。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态,一种是两根导线分别作为往返线路传输,我们称之为“差模”;另一种是连根导线做去路,地线做返回传输,我们称之为“共模”。

1.共模干扰(Common- mode Interference):任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差

2差模干扰(Differential-mode Interference):任何两个载流导体之间的不希望有的电位差

 

python 干扰线 size 干扰interference_旁路

 

如上图,蓝色信号是在两根导体内部作往返传输的,我们称之为“差模”;而黄色信号是在信号与地线之间传输的,我们称之为“共模”。

 

二 共模与差模干扰产生原因

  1. 电网串入共模干扰电压
  2. 辐射干扰(如雷电,设备电弧,附近电台,大功率辐射源)在信号线上感应出共模干扰,原因是交变的磁场产生交变的电流,地线-零线回路面积与地线-火线回路面积不相同,两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同
  3. 接地电压不一样,简单的说就是电位差而造就了共模干扰
  4. 设备内部的线路对电源线造成的共模干扰

 

三 共模干扰电流

共模干扰一般是已共模干扰电流存在的形式出现的,一般情况下共模干扰电流产生的原因

1.外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅和同相的),由这个电压产生的电流

2.由于电路走线两端的器件所接的地电位不同,在这地电位差的驱动下产生的电流

3.器件上的电路走线与大地之间有电位差,这样走线上会产生共模干扰电流

器件如果在其电路走线上产生共模干扰电流,则电路走线会产生强烈的电磁辐射,对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,影响产品的性能指标;另外,当电路不平衡时,共模干扰电流会转变为差模干扰电流,差模干扰电流对电路直接产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模干扰电流流过电路中的导线环路时,将引起差模干扰辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场,或接收磁场。

四 如何识别共模干扰

1.从干扰源判断:雷电、附近发生的电弧、附近的电台或其它大功率辐射装置在电缆上产生的干扰为共模干扰。

2. 从频率上判断:共模干扰主要集中在1MHz以上。这是由于共模干扰是通过空间感应到电缆上的,这种感应只有在较高频率时才容易发生。但有一种例外,当电缆从很强的磁场辐射源(例如,开关电源)旁边通过时,也会感应到频率较低的共模干扰。

 

五 如何抑制共模干扰

共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害较大的干扰,我们抑制它最直接的方法就是滤波,这是抑制和防止共模干扰的一项重要措施。滤波器的功能就是允许某一特定频率的信号顺利通过,而其它频率的信号则要受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路,它切断了电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,另外它还是压缩干扰频谱的一种有效方法,当干扰频谱不同于有用信号的频带时,可以用滤波器将无用的干扰信号滤除。因此,恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制共模干扰是十分重要的。

如果有用信号是差模信号而干扰信号是共模信号,可使用共模电感来抑制干扰信号:

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共模电感的原理和抑制干扰

电路中串入共模电感,当有共模干扰电流流经线圈时,由于共模干扰电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模干扰电流,达到滤波的目的;当电路中的正常差模电流流经共模电感时,电流在同相绕制的共模电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,因而对正常的差模电流基本没有衰减作用。

案例  USB 信号上的共模干扰抑制方法

 

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端口的滤波处理-使用共模电感

USB 传输线上的信号是差分信号而干扰源是共模干扰信号,在传输线上串上共模电感能较好的抑制共模干扰,而对有用的差分信号没有任何衰减。

 

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USB 高速运行会在DM/DP信号线上产生很强的共模干扰

 

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电路中加入滤波器-共模电感后共模干扰信号得到有效抑制

如果共模干扰源是在电源回路,可使用共模电容来抑制干扰信号

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在电路中引入共模电容,则共模电容提供最短的路径使共模干扰信号被旁路,从而抑制共模干扰的产生 。

如果电源回路同时还存在差模干扰,使用差模电容来抑制干扰

 

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在电路中引入差模电容,则差模电容提供最短的路径使差模干扰信号被旁路,从而抑制差模干扰的产生 。

 

 

参考:http://m.elecfans.com/article/611832.html