什么是共模干擾和差模干擾 - 如何成為出色的模擬工程師(一):電磁干擾(EMI)

　　答： 從干擾源發(fā)出的干擾泄漏到外部的途徑、或者是干擾侵入到受干擾的設(shè)備中的途徑,有電壓、電流通過(guò)電源線或信號(hào)線的傳導(dǎo)傳輸和靠電磁波在空間輻射傳輸二種途徑。

　　電壓電流的變

　　化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有二種形態(tài),我們將此稱做“共模”和“差模”。設(shè)備的電源線、電話等的通信線、與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào)。但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回路傳輸。前者叫“差模”,后者叫“共模”。

　　如圖1所示,電源、信號(hào)源及其負(fù)載通過(guò)兩根導(dǎo)線連接。流過(guò)一邊導(dǎo)線的電流與另一邊導(dǎo)線的電流幅度相同,方向相反。但是干擾源并不一定連接在兩根導(dǎo)線之間。由于噪聲源有各種形態(tài),所以也有在兩根導(dǎo)線與地線之間的電壓。其結(jié)果是流過(guò)兩根導(dǎo)線的干擾電流幅度不同。

　　圖1 差模干擾

　　請(qǐng)看圖2,在加在兩線之間的干擾電壓的驅(qū)動(dòng)下,兩根導(dǎo)線上有幅度相同但方向相反的電流(差模電流)。但如果同時(shí)在兩根導(dǎo)線與地線之間加上干擾電壓,兩根線就會(huì)流過(guò)幅度和方向都相同的電流,這些電流(共模)合在一起經(jīng)地線流向相反方向。我們來(lái)考察流過(guò)兩根導(dǎo)線的電流。一根導(dǎo)線上的差模干擾電流與共模干擾同向,因此相加;另一根導(dǎo)線上的差模噪聲與共模噪聲反向,因此相減。因此,流經(jīng)兩根導(dǎo)線的電流具有不同的幅度。

　　我們?cè)賮?lái)考慮一下對(duì)地線的電壓。如圖2,對(duì)于差模電壓,一根導(dǎo)線上是(線間電壓)/2,而另一根導(dǎo)線上是 -(線間電壓)/2,因而是平衡的。但共模電壓兩根導(dǎo)線上相同。所以當(dāng)兩種模式同時(shí)存在時(shí),兩根導(dǎo)線對(duì)地線的電壓也不同。

　　圖2 對(duì)地電壓/電流與差模、共模電壓/電流之間的關(guān)系

　　因此,當(dāng)兩根導(dǎo)線對(duì)地線電壓或電流不同時(shí),可通過(guò)下列方法求出兩種模式的成分：

　　VN =(V1-V2)/ 2 Vc=(V1+V2)/ 2

　　IN =(I1-I2)/ 2 Ic=(I1+I2)/ 2

　　通過(guò)被連接的電路,兩根導(dǎo)線終端與地線之間存在著阻抗。這兩條線的阻抗一旦不平衡,在終端就會(huì)出現(xiàn)模式的相互轉(zhuǎn)換。即通過(guò)導(dǎo)線傳遞的一種模式在終端反射時(shí),其中一部分會(huì)變換成另一種模式。

　　另外,通常兩根導(dǎo)線之間的間隔較小,導(dǎo)線與地線導(dǎo)體之間距離較大。所以若考慮從導(dǎo)線輻射的干擾,與差模電流產(chǎn)生的輻射相比,共模電流輻射的強(qiáng)度更大。

　　與此相反,可以說(shuō)因外部電磁場(chǎng)干擾在導(dǎo)線上產(chǎn)生的干擾電壓/電流,或附近的導(dǎo)線等產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等的耦合是一樣的。

　　傳導(dǎo)噪聲與輻射噪聲的區(qū)別是什么?

　　答：當(dāng)我們開(kāi)空調(diào)時(shí),室內(nèi)的熒光燈會(huì)出現(xiàn)瞬間變暗的現(xiàn)象,這是因?yàn)榇罅侩娏髁飨蚩照{(diào),電壓急速下降,利用同一電源的熒光燈受到影響。還有使用吸塵器時(shí)收音機(jī)會(huì)出現(xiàn)啪啦啪啦的雜音。原因是吸塵器的馬達(dá)產(chǎn)生的微弱(低強(qiáng)度高頻的)電壓/電流變化通過(guò)電源線傳遞進(jìn)入收音機(jī),以雜音的形式放了出來(lái)。

　　這種由一個(gè)設(shè)備中產(chǎn)生的電壓/電流通過(guò)電源線、信號(hào)線傳導(dǎo)并影響其它設(shè)備時(shí),將這個(gè)電壓/電流的變化叫做“傳導(dǎo)干擾”。所以為對(duì)癥下藥,通常采用的方法是給發(fā)生源及被干擾設(shè)備的電源線等安裝濾波器,阻止傳導(dǎo)干擾的傳輸。另外,當(dāng)當(dāng)信號(hào)線上出現(xiàn)噪聲時(shí),將信號(hào)線改為光纖,也可隔斷傳輸途徑。

　　當(dāng)摩托車(chē)從附近道路通過(guò)時(shí),電視會(huì)出現(xiàn)雪花狀干擾。這是因?yàn)槟ν熊?chē)點(diǎn)火裝置的脈沖電流產(chǎn)生了電磁波,傳到空間再傳給附近的電視天線、電路上,產(chǎn)生了干擾電壓/電流。

　　象這種通過(guò)空間傳播,并對(duì)其它設(shè)備電路產(chǎn)生無(wú)用電壓/電流,造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。由于傳播途徑是空間,解決輻射干擾的方法除前面所講的濾波之外,還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行屏蔽方能有效。

　　如上所述,干擾的根源是電壓/電流產(chǎn)生不必要的變化,這種變化通過(guò)導(dǎo)線直接傳遞給其它設(shè)備,造成危害,這叫“傳導(dǎo)干擾”。另外,由于電壓電流變化而產(chǎn)生的電磁波通過(guò)空間傳播到其它設(shè)備中,在電路或?qū)Ь€上產(chǎn)生不必要的電壓/電流,并造成危害的干擾叫“輻射干擾”。但是,實(shí)際上并不能這樣簡(jiǎn)單區(qū)分。