什么是片狀共模扼流線圈？有什么特性？

共模扼流線圈根據(jù)干擾和信號(hào)的傳輸方式來(lái)進(jìn)行區(qū)分

之前出現(xiàn)的片狀鐵氧體磁珠和片狀三端子電容器是利用干擾頻率比信號(hào)頻率稍高的原理，將之作為低通濾波器來(lái)選擇性地消除干擾。共模扼流線圈雖然也是干擾濾波器，但其原理是根據(jù)傳導(dǎo)方式的不同來(lái)區(qū)分干擾和信號(hào)，而非頻率的差別。因此有必要先了解共模和差模這兩種傳導(dǎo)方式。

共模和差模

通常，基板上電氣電路中從某處流出的電流會(huì)通過(guò)負(fù)荷到達(dá)別的電路，經(jīng)由基板上的其他路線流回來(lái)。（很多時(shí)候返回路線為基板的接地層）這即為差模流動(dòng)方式。

圖1 差模的傳導(dǎo)路線

另一方面，雖然不存在明確的架線，但卻存在別的傳導(dǎo)線路。因基板上的各配線和作為基準(zhǔn)的大地之間會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生電容，因此形成由大地流出再由相反方向向大地折回的傳導(dǎo)路線。這就叫共模。

圖2 共模傳導(dǎo)線路

與地間的寄生電容雖然很微弱，但當(dāng)信號(hào)頻率增大時(shí)，微弱的寄生電容電阻降低，則共模電流容易通過(guò)。一般共模電流不會(huì)主動(dòng)通過(guò)電子電路，但當(dāng)電源電路或驅(qū)動(dòng)器IC的地線松動(dòng)時(shí)，其所驅(qū)動(dòng)的電路整體也會(huì)不穩(wěn)定，從而形成共模干擾。此電路中如有連接外部的電纜，電纜中也會(huì)有共模電流通過(guò)，由于其電位相對(duì)地不穩(wěn)定，故形成干擾電波射出。

共模扼流線圈是僅對(duì)共模電流作用的靜噪濾波器

共模扼流線圈是利用上述共模和差模的傳導(dǎo)方式區(qū)分噪聲和信號(hào)的靜噪濾波器。一句話概括，即為僅作用于共模的濾波器。

圖3為共模扼流線圈的原理圖。

圖3 共模扼流線圈的工作原理

共模扼流線圈是將2根導(dǎo)線纏繞在一個(gè)磁芯上（高頻使用時(shí)是鐵氧體磁芯）。如此就有4個(gè)接頭。兩個(gè)纏繞方向互為反向。當(dāng)共模電流通過(guò)這種線圈時(shí)，各線圈因電磁誘導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生磁通量，但因產(chǎn)生的磁通量方向相同，從而彼此增強(qiáng)，電感性能得以提高。而當(dāng)線圈中通過(guò)差模電流時(shí)，因產(chǎn)生的磁通量方向相反，磁通量相互抵消。由此電感對(duì)差模電流的作用消失。如此，形成在共模扼流線圈中電感對(duì)差模沒(méi)有作用，僅對(duì)共模作用的濾波器。

共模扼流線圈有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

①即使信號(hào)和噪聲的頻率重合，只要傳導(dǎo)方式不同，就能清除噪聲。

②即使通過(guò)差模大電流，也不會(huì)出現(xiàn)磁芯飽和從而導(dǎo)致性能下降

共模扼流線圈最大的特點(diǎn)就是不用借助頻率就能分離噪聲和信號(hào)。最近高速差動(dòng)傳遞作為電子設(shè)備信號(hào)傳遞方法使用的情況不斷增加。USB、SATA、HDMI是高速差動(dòng)傳遞的代表。高速差動(dòng)傳輸線中的信號(hào)頻率很高，故而無(wú)法像鐵氧體磁珠那樣，利用頻率區(qū)分噪音和信號(hào)的濾波器無(wú)法將之適當(dāng)分離。若是重視對(duì)信號(hào)的影響，就無(wú)法清除噪聲；若是重視清除噪聲，則一部分信號(hào)也會(huì)衰減，影響信號(hào)的質(zhì)量。共模扼流線圈是根據(jù)傳遞方式分離信號(hào)和干擾，因此即使通過(guò)高速信號(hào)，只要是差模，就不會(huì)造成影響。高速差動(dòng)傳輸線中的信號(hào)只有原則差模，此處構(gòu)成干擾的主要是共模，因此通過(guò)使用共模扼流線圈，可在不影響高速信號(hào)的情況下有效消除共模干擾。

圖4 高速差動(dòng)傳輸線中消除干擾的比較

因輸入電源的工業(yè)電源線或AC接合器的次側(cè)接電纜，此電纜有時(shí)會(huì)成為干擾發(fā)射天線，造成問(wèn)題。若在此使用鐵氧體磁珠或正常模扼流線圈等差模用電感型濾波器，則通過(guò)此處的大電流會(huì)使磁芯磁性飽和，電感性能將大幅下降。此時(shí)，共模扼流線圈就起到作用。在共模扼流線圈中，差模電流產(chǎn)生的磁通量彼此抵消，不會(huì)發(fā)生磁性飽和。因此共模扼流線圈在大電流電源線的噪聲對(duì)策中也得到廣泛運(yùn)用。

共模扼流線圈之例

圖5為共模扼流線圈的例子。

圖5 共模扼流線圈之例

用于AC電源線時(shí)，因有高壓電，故進(jìn)行了充分的安全性考慮。而用于高速信號(hào)線時(shí)，則主要考慮片狀結(jié)構(gòu)，以便滿足小型化的要求。另外，在鐵氧體磁芯上卷線的卷線型和應(yīng)用濾波器線圈的濾波器型系列也正被產(chǎn)品化。卷線型的特點(diǎn)是高性能，而濾波器型的特點(diǎn)則是小型。圖6為卷線型片狀共模扼流線圈的結(jié)構(gòu)示例。2根線同時(shí)纏繞使去線與回線毗鄰，線與線之間的磁性相互結(jié)合，共模和差模的選擇性增高。

圖6 卷線型片狀共模扼流線圈的結(jié)構(gòu)示例（下圖）

共模扼流線圈的注意點(diǎn)

到此為止的說(shuō)明都是針對(duì)共模扼流線圈不會(huì)影響差模方式而言的，但其實(shí)這是共模扼流線圈的理想情況。實(shí)際上，線圈間產(chǎn)生的磁通量會(huì)有一部分殘留下來(lái)，成為一部分電阻。雖然這種差模電阻十分微弱，但在信號(hào)頻率很高時(shí)，有必要考慮這種影響。圖7為實(shí)際的片狀共模扼流線圈電阻曲線由圖可知差模電阻在1GHz左右時(shí)升高。最近，低壓差模電阻的片狀共模扼流線圈也正被逐漸產(chǎn)品化，在處理Display Port和USB3.0等頻率很高的信號(hào)時(shí)，相應(yīng)片狀共模扼流線圈的選擇是很重要的。

具有高速差動(dòng)線方面的片狀共模扼流線圈選擇指南，請(qǐng)參考https://www.murata.com/zh-cn/products/emc/emifil/selectionguide/highspeed

圖7 共模扼流線圈電阻特性