共模和差模信號及其噪音抑制

圖6無屏蔽對絞線系統(tǒng)中的共模信號

兩個電壓瞬時值之和（V1＋V2）不等于零。相對于地而言，每一電纜上都有變化的電位差。這變化的電位差就會從電纜上發(fā)射電磁波。

3差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC

在對絞電纜線中的每一根導(dǎo)線是以雙螺旋形結(jié)構(gòu)相互纏繞著。流過每根導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導(dǎo)線的電流方向，決定每對導(dǎo)線發(fā)射噪音的程度。在每對導(dǎo)線上流過差模和共模電流所引起的發(fā)射程度是不同的，差模電流引起的噪音發(fā)射是較小的，所以噪音主要是由共模電流決定。

3．1對絞線中的差模信號

對純差模信號而言，它在每一根導(dǎo)線上的電流是以相反方向在一對導(dǎo)線上傳送。如果這一對導(dǎo)線是均勻的纏繞，這些相反的電流就會產(chǎn)生大小相等，反向極化的磁場，使它的輸出互相抵消。在無屏蔽對絞線系統(tǒng)中的差模信號如圖5所示。

在無屏蔽對絞線中，不含噪音的差模信號不產(chǎn)生射頻干擾。

3．2對絞線中的共模信號

共模電流ICOM在兩根導(dǎo)線上以相同方向流動，并經(jīng)過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下，電流產(chǎn)生大小相等極性相同的磁場，它們的輸出不能相互抵消。如圖6所示，共模電流在對絞線的表面產(chǎn)生一個電磁場，它的作用正如天線一樣。

在無屏蔽對絞線中，共模信號產(chǎn)生射頻干擾。

3．3電纜線上產(chǎn)生的共模、差模噪音及其EMC

電子設(shè)備中電纜線上的噪音有從電源電纜和信號電纜上產(chǎn)生的輻射噪音和傳導(dǎo)噪音兩大類。這兩大類中又分為共模噪音和差模噪音兩種[1]。

差模傳導(dǎo)噪音是電子設(shè)備內(nèi)部噪音電壓產(chǎn)生的與信號電流或電源電流相同路徑的噪音電流，如圖7所示。減小這種噪音的方法是在信號線和電源線上串聯(lián)差模扼流圈、并聯(lián)電容或用電容和電感組成低通濾波器，來減小高頻的噪音，如圖8所示。

差模輻射噪音是圖7電纜中的信號電流環(huán)路所產(chǎn)生的輻射。這種噪音產(chǎn)生的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，與頻率的平方成正比，與電流和電流環(huán)路的面積成正比。因此，減小這種輻射的方法是在信號輸入端加LC低通濾波器阻止噪音電流流進電纜；使用屏蔽電纜或扁平電纜，在相鄰的導(dǎo)線中傳輸回流電流和信號電流，使環(huán)路面積減小。

共模傳導(dǎo)噪音是在設(shè)備內(nèi)噪音電壓的驅(qū)動下，經(jīng)過大地與設(shè)備之間的寄生電容，在大地與電纜之間流動的噪音電流產(chǎn)生的，如圖9所示。減小共模傳導(dǎo)噪音的方法是在信號線或電源線中串聯(lián)共模扼流圈、在地與導(dǎo)線之間并聯(lián)電容器、組成LC濾波器進行濾波，濾去共模傳導(dǎo)噪聲。其電路如圖10所示。共模扼流圈是將電源線的零線和火線（或回流線和信號線）同方向繞在鐵氧體磁芯上構(gòu)成的，它對線間流動的差模信號電流和電源電流阻抗很小，而對兩根導(dǎo)線與地之間流過的共模電流阻抗則很大。

圖7差模噪聲

圖8差模噪聲的抑制

圖9共模噪聲

圖10共模噪聲的抑制

共模輻射噪音是由于電纜端口上有共模電壓，在其驅(qū)動下，從大地到電纜之間有共模電流流動而產(chǎn)生的。輻射的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，（當電纜長度比電流的波長短時）與頻率和電纜的長度成正比。減小這種輻射的方法有：通過在線路板上使用地線面來降低地線阻抗，在電纜的端口處使用LC低通濾波器或共模扼流圈。另外，盡量縮短電纜的長度和使用屏蔽電纜也能減小輻射。

在有些電路中也可接入圖11所示的抗干擾變壓器來防止差模和共模噪音。

4變壓器與噪音傳導(dǎo)

理想變壓器理論上是完美的電路元件，它能用完美的磁耦合在初級和次級繞組之間傳送電能。理想變壓器只能傳送交變的差模電流。它不能傳送共模電流，因為共模電流在變壓器繞組兩端的電位差為零，不能在變壓器繞組上產(chǎn)生磁場。

實際變壓器初級和次級繞組之間有一個很小但不等于零的耦合電容CWW，見圖12。這個電容是繞組之間存在非電介質(zhì)和物理間隙所產(chǎn)生的。增加繞組之間的空隙和用低介電常數(shù)的材料填滿繞組之間的空間就能減小繞組之間電容的數(shù)值。

電容Cww為共模電流提供一條穿過變壓器的通道，其阻抗是由電容量的大小和信號頻率來決定的。