01共模信號(hào)和差模信號(hào)

　　通常電源線有三根線，火線L，零線N和地線PE。

　　電壓和電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時(shí)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(lán)色信號(hào)是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)模覀兎Q之為"差模";黃色信號(hào)是在信號(hào)與地線之間傳輸?shù)?，我們稱之為"共模"。

　　02共模干擾與差模干擾

　　任何兩根電源線上所存在的干擾，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(jī)殼)之間傳輸，屬于非對(duì)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(duì)稱性干擾,它定義為任何兩個(gè)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。

　　2.1共模干擾信號(hào)

　　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(duì)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(huì)對(duì)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(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。

　　2.2差模干擾信號(hào)

　　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(hào)走線阻抗不連續(xù)，以及信號(hào)回流路徑流過了意料之外的通路等，差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流。

　　2.3共模干擾產(chǎn)生原因

　　1. 電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

　　2. 輻射干擾(如雷電，設(shè)備電弧，附近電臺(tái)，大功率輻射源)在信號(hào)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(gè)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(shè)備內(nèi)部的線路對(duì)電源線造成的共模干擾。

　　2.4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(gè)方面：

　　1. 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(gè)電壓相對(duì)于大地是等幅和同相的)，由這個(gè)電壓產(chǎn)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(gè)地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生共模干擾電流。

　　2.5注意事項(xiàng)

　　1.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(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，對(duì)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(biāo);

　　2.當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_電流，差模干擾電流對(duì)電路直接產(chǎn)生干擾影響。對(duì)于電子、電氣產(chǎn)品電路中的信號(hào)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(shí)，將引起差模干擾輻射，這種環(huán)路相當(dāng)于小環(huán)天線，能向空間輻射磁場，或接收磁場。

　　3. 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(shí)才容易發(fā)生。但有一種例外，當(dāng)電纜從很強(qiáng)的磁場輻射源(例如，開關(guān)電源)旁邊通過時(shí)，也會(huì)感應(yīng)到頻率較低的共模干擾。

　　03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。

　　在電路中串入共模電感，當(dāng)有共模干擾電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模干擾電流的同向性，會(huì)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(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模干擾電流，達(dá)到濾波的目的;

　　當(dāng)電路中的正常差模電流流經(jīng)共模電感時(shí)，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(duì)正常的差模電流基本沒有衰減作用。

　　案例 USB 信號(hào)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(hào)是差分信號(hào)而干擾源是共模干擾信號(hào)，在傳輸線上串上共模電感能較好的抑制共模干擾，而對(duì)有用的差分信號(hào)沒有任何衰減。

　　USB 高速運(yùn)行會(huì)在DM/DP信號(hào)線上產(chǎn)生很強(qiáng)的共模干擾

　　電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號(hào)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(hào)。

　　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(hào)被旁路，從而抑制共模干擾的產(chǎn)生。

　　如果電源回路同時(shí)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(hào)被旁路，從而抑制差模干擾的產(chǎn)生。

　　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(duì)信號(hào)線路進(jìn)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(hào)強(qiáng)度等方法。

　　四個(gè)腿的電感是什么?有什么作用?

　　我們常見的電感是兩個(gè)腿的，叫做差模電感。今天和大家介紹四個(gè)腿的共模電感。

　　差模電流與共模電流

　　差模電流：在一對(duì)差分信號(hào)線上，大小相同，方向相反的一對(duì)信號(hào)，一般是電路中的工作電流，對(duì)于信號(hào)線就是信號(hào)線與信號(hào)地線之間流動(dòng)的電流。

　　共模電流：在一對(duì)差分信號(hào)線上，大小相同，方向相同的一對(duì)信號(hào)(或噪音)。在電路中，一般對(duì)地噪音一般都是以共模電流的方式傳輸?shù)?，所以又稱為共模噪聲。

　　差模電流與共模電流

　　抑制共模噪聲的方法多種多樣，除了從源頭去減少共模噪聲外，通常我們抑制最常用的方法就是使用共模電感來濾除共模噪聲，也就是將共模噪聲阻擋在目標(biāo)電路外面。即在線路中串聯(lián)共模扼流器件。這樣做的目的是增大共?；芈返淖杩?，使得共模電流被扼流器所消耗和阻擋(反射)，從而抑制線路中的共模噪聲。

　　共模扼流器或電感的原理

　　若在以某種磁性材料的磁環(huán)上繞上同向的一對(duì)線圈，當(dāng)交變電流通過時(shí)，因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)而在線圈中產(chǎn)生磁通量。對(duì)于差模信號(hào)，產(chǎn)生的磁通量大小相同、方向相反，兩者相互抵消，因而磁環(huán)產(chǎn)生的差模阻抗非常小;而對(duì)于共模信號(hào)，產(chǎn)生的磁通量大小和方向均相同，兩者相互疊加從而使磁環(huán)產(chǎn)生了較大的共模阻抗。這一特性使得共模電感對(duì)于差模信號(hào)的影響較小，而對(duì)共模噪聲具有很好的濾波性能。

　　1) 差模電流通過共模線圈，磁力線方向相反，感應(yīng)磁場削弱，從如下圖磁力線方向可以看出—實(shí)線箭頭表示電流方向，虛線表示磁場方向

　　2) 共模電流通過共模線圈，磁力線方向相同，感應(yīng)磁場加強(qiáng)，從如下圖磁力線方向可以看出—實(shí)線箭頭表示電流方向，虛線表示磁場方向。

　　共模線圈的電感或者稱為自感系數(shù)，我們知道電感是表征產(chǎn)生磁場的能力。對(duì)于共模線圈或者共模電感，當(dāng)共模電流流過線圈時(shí)，由于磁力線方向相同，在不考慮漏感的情況下，磁通量疊加，其原理是互感。下圖紅色線圈產(chǎn)生的磁力線穿過藍(lán)色線圈，同時(shí)藍(lán)色線圈產(chǎn)生的磁力線也穿過紅色線圈，彼此相互感應(yīng)。

　　從電感的角度來看，電感量也是成倍增加，磁鏈代表了總磁通量。對(duì)于共模電感，當(dāng)磁通量是原來的2倍時(shí)，匝數(shù)沒有發(fā)生變化，電流也沒沒有發(fā)生變化，此時(shí)電感量增加為原來的2倍，意味著等效磁導(dǎo)率變?yōu)樵瓉淼?倍。

　　等效磁導(dǎo)率何以增加一倍，從下面的電感公式來看，由于匝數(shù)N不改變、磁路和磁芯截面積由磁芯的物理尺寸決定，因此也沒有改變，唯一就是磁導(dǎo)率u增加了一倍，因而可以產(chǎn)生更多的磁通量。

　　所以，共模電感在共模電流通過時(shí)，工作在互感模式下。在互感的作用下，等效電感量被成倍增加，共模感抗也會(huì)成倍增加，因而對(duì)共模信號(hào)有良好的濾波作用，也就是將共模信號(hào)用大阻抗阻擋，不讓其通過共模電感，即不讓此信號(hào)傳輸?shù)诫娐返南乱患?jí)，如下是電感產(chǎn)生的感抗ZL。

　　認(rèn)識(shí)共模電感在共模模式下的電感量，主要線索是認(rèn)識(shí)互感，一切的磁性元器件。無論什么名稱只要把握磁場的變化形式，透過現(xiàn)象看磁場變化的本質(zhì)，也會(huì)容易理解。