共模与差分噪声

作为一个快速的提醒,不同的电流流向相反的方向通过源和回路,而共模电流流向相同的方向通过源和回路,完成通过接地路径的电路。


EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_差分

图1. 差分模式和共模噪声路径

你怎么知道你是在处理共模噪声还是差分噪声?这是一个需要回答的常见问题。

这里有一个快速的技巧让你朝着正确的方向前进。虽然它不是100% 准确,但它有助于开始这个过程。

想象一下,一个医生在不知道你是细菌感染还是病毒感染的情况下给你开抗生素。他知道如果你有细菌感染,药物就会起作用,问题就会得到解决。如果药物不起作用,至少他知道他正在对付一种病毒,然后会相应地治疗你。

所以在我们的例子中,你可以简单地在电缆上夹上铁氧体,记住电缆中的两条线(Vcc 和接地线)。如果降低了噪声(或者增加了免疫力) ,那么这就是一个共模问题。如果没有效果,这是一个差模式的问题。

因此,在板级,如果是公共模式问题,可以使用公共模式扼流圈。如果问题出在差模,可以使用片珠铁氧体。

材料特性

钳位铁氧体通常由两种不同的材料制成: 锰锌(MnZn)和镍锌(NiZn)。

锌镍可用于在高频率的传导或辐射噪声的情况下。锰锌主要用于低频率的导电噪声,因为其较高的磁导率提供更多的阻抗。

这个图像提供了一个指导方针,根据你的情况使用哪些材料。当然,也有例外,但这是我们发现的典型例子。

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_白纪龙_02

图2。钳位铁氧体材料,在哪里传导和辐射抗扰度进行测试和共同频率范围的差分和共模噪声发生

减少共用模式噪音

在这里,我们有一个共同模式扼流如何工作的可视化表示。


EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_读取数据_03

图3. 共模与差分信号

红色箭头表示进入的微分信号。这是一个有用的信号。根据右手定律,它在核心内部产生一个向一个方向的磁场。

然后,差分信号返回到信号源,根据右手定律产生另一个磁场。这两个字段将在核心中相互抵消。

共模噪声也会在核心内部产生磁通量,但是这次两个噪声信号的方向是相同的,如图中黑色箭头所示,导致磁场相加。核心将以高阻抗响应不需要的噪声。

信号何时减弱

在使用共模滤波器时要记住的一点是,将有一个差分阻抗,可以衰减有用的信号。如图6所示,蓝色线表示共模阻抗,红色虚线表示差分阻抗。

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_读取数据_04

图6。一个典型的共模电感的共模和差分阻抗

这意味着,如果信号是在100兆赫,使用这种共模解决方案,将有一些无意衰减的信号从差分阻抗。

滤除接近信号频率的噪声的最佳方法

下面是一个具体的例子。蓝线表示共模阻抗,红色虚线表示差模阻抗。有用的信号在4mhz 处用粗黑线显示。

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_白纪龙_05

图7. 避免对有用信号的影响

这是很好地利用了共模阻抗,高共模阻抗正好在4兆赫和低差分模式阻抗。

因此,对噪声的影响很大,对有用信号的影响被保持在最小。读取数据表时,检查共模阻抗和该部分的差模阻抗。

分段式与双线式绕组

共模扼流圈有两种绕组: 分段式和双线式。


EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_差分_06

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_读取数据_07

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_差分_08

图8. 分段绕组 vs. 双线绕组

分段绕组元件在电源应用中最为有用,因为高压线必须被最小距离分开。它们也可以用作电感器来衰减差分模式噪声。由于分段元件具有较高的漏电感,它们能够衰减差分模式噪声以及共模噪声。

双线绕部分通常用于低压数据信号线,因为我们不想衰减差分模式信号(有用信号)。因此,你有一个较低的漏电感,这是用来过滤信号中的噪声。

综上所述,任何一部分衰减共模噪声的方法都是非常相似的。然而,分段缠绕和双线缠绕在差分模式噪声衰减上有很大的区别。

您可以看到图8中红色和黑色线条所显示的这些差异。注意,共模阻抗(实线)非常相似,而差模阻抗(虚线)非常不同。

通过 REDEXPERT 选择 CMC

Würth Elektronik 的在线工具 REDEXPERT 可以帮助您找到正确的组件,以消减噪音。使用 REDEXPERT 的 EMI 滤波器设计器,以帮助设计和可视化的结果。只需输入系统的细节和噪音,你正在寻找衰减,以找到适当的组成部分。

通过了解共模和差模噪声之间的区别,以及如何使用共模阻塞,您将能够减少不必要的噪声在您的设计。我们的下一篇文章将提供更多关于差分噪声和芯片串珠铁氧体的信息,所以要注意不断提高你的电磁兼容知识!

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头

到目前为止已开发过的产品超上百款,目前大部分都已经量产上市

从2018年开始花了5年的时间

潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程

获取更多干货知识,好文阅读

可微信搜索“纪客老白”公众号、视频号

老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路”

EMC (电磁兼容性)中的基础要点: 共模与差分噪声_白纪龙_09