細說(shuō)『共模干擾』和『差模干擾』

一、共模信號和差模信號

通常電源線(xiàn)有三根線(xiàn)，火線(xiàn)L，零線(xiàn)N和地線(xiàn)PE。

電壓和電流的變化通過(guò)導線(xiàn)傳輸時(shí)有兩種形態(tài), 一種是兩根導線(xiàn)分別做為往返線(xiàn)路傳輸, 我們稱(chēng)之為"差模"；另一種是兩根導線(xiàn)做去路,地線(xiàn)做返回傳輸, 我們稱(chēng)之為"共模"。

如上圖, 藍色信號是在兩根導線(xiàn)內部作往返傳輸的，我們稱(chēng)之為"差模"；黃色信號是在信號與地線(xiàn)之間傳輸的，我們稱(chēng)之為"共模"。

二、共模干擾與差模干擾

任何兩根電源線(xiàn)上所存在的干擾，均可用共模干擾和差模干擾來(lái)表示。

共模干擾在導線(xiàn)與地（機殼）之間傳輸，屬于非對稱(chēng)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(xiàn)之間傳輸，屬于對稱(chēng)性干擾,它定義為任何兩個(gè)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(guò)導線(xiàn)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   

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(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì )對設備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴重了，因為有用信號都是差模信號。

2.2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(xiàn)的分布電容、電感、信號走線(xiàn)阻抗不連續，以及信號回流路徑流過(guò)了意料之外的通路等，差模電流會(huì )轉換成共模電流。

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，設備電弧，附近電臺，大功率輻射源）在信號線(xiàn)上感應出共模干擾，原因是交變的磁場(chǎng)產(chǎn)生交變的電流，地線(xiàn)－零線(xiàn)回路面積與地線(xiàn)－火線(xiàn)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(jiǎn)單的說(shuō)就電位差而造就了共模干擾。

4.設備內部的線(xiàn)路對電源線(xiàn)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(chǎng)在電路走線(xiàn)中的所有導線(xiàn)上感應出來(lái)電壓（這個(gè)電壓相對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(xiàn)兩端的器件所接的地電位不同，在這個(gè)地電位差的驅動(dòng)下產(chǎn)生的電流。

3. 器件上的電路走線(xiàn)與大地之間有電位差，這樣電路走線(xiàn)上會(huì )產(chǎn)生共模干擾電流。

2.5注意事項

1.器件如果在其電路走線(xiàn)上產(chǎn)生共模干擾電流，則電路走線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生強烈的電磁輻射，對電子、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；

2.當電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì )轉變?yōu)椴钅８蓴_電流，差模干擾電流對電路直接產(chǎn)生干擾影響。對于電子、電氣產(chǎn)品電路中的信號線(xiàn)及其回路而言：差模干擾電流流過(guò)電路中的導線(xiàn)環(huán)路時(shí)，將引起差模干擾輻射，這種環(huán)路相當于小環(huán)天線(xiàn)，能向空間輻射磁場(chǎng)，或接收磁場(chǎng)。

3. 共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過(guò)空間感應到電纜上的，這種感應只有在較高頻率時(shí)才容易發(fā)生。但有一種例外，當電纜從很強的磁場(chǎng)輻射源(例如，開(kāi)關(guān)電源)旁邊通過(guò)時(shí)，也會(huì )感應到頻率較低的共模干擾。

三、如何抑制共模干擾

共模干擾作為EMC干擾中常見(jiàn)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，當有共模干擾電流流經(jīng)線(xiàn)圈時(shí)，由于共模干擾電流的同向性，會(huì )在線(xiàn)圈內產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線(xiàn)圈的感抗，使線(xiàn)圈表現為高阻抗，產(chǎn)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(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相繞制的共模電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，因而對正常的差模電流基本沒(méi)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(xiàn)上的信號是差分信號而干擾源是共模干擾信號，在傳輸線(xiàn)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(méi)有任何衰減。

USB 高速運行會(huì )在DM/DP信號線(xiàn)上產(chǎn)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(lái)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(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(lái)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(chǎn)生。

共模干擾作為EMC干擾中常見(jiàn)且危害很大的干擾,抑制它的方法除了濾波外，還可以通過(guò)對信號線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽，在PCB 板上大面積鋪地降低地線(xiàn)阻抗來(lái)減少共模信號強度等方法。