實例解讀EMC電磁兼容的共模干擾與差模干擾，如何抑制

1、什麼是共模與差模
電器設備的電源線，電話等的通訊線, 與其它設備或外圍設備相互交換的通信線路,至少有兩根導線,這兩根導線做爲往返線路輸送電力或信號，在這兩根導線以外一般還有第三導體,這就是"地線"。電壓和電流的變化經過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導線分別作爲往返線路傳輸, 咱們稱之爲"差模"；另外一種是兩根導線作去路,地線作返回傳輸, 咱們稱之爲"共模"。

如上圖, 藍色信號是在兩根導線內部做往返傳輸的，咱們稱之爲"差模"；而黃信號是在信號與地線之間傳輸的，咱們稱之爲"共模"。

任何兩根電源線或通訊線上所存在的干擾，都可用共模干擾和差模干擾來表示：

一、共模干擾

共模干擾在導線與地（機殼）之間傳輸，屬於非對稱性干擾，它定義爲任何載流導體與參考地之間的不但願有的電位差；

共模干擾的電流大小不必定相等，可是方向（相位）相同的。電氣設備對外的干擾多以共模干擾爲主，外來的干擾也多以共模干擾爲主，共模干擾自己通常不會對設備產生危害，可是若是共模干擾轉變爲差模干擾，干擾就嚴重了，由於有用信號都是差模信號。

二、差模干擾

差模干擾在兩導線之間傳輸，屬於對稱性干擾,它定義爲任何兩個載流導體之間的不但願有的電位差。在通常狀況下，共模干擾幅度大、頻率高，還能夠經過導線產生輻射，所形成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所形成的干擾較小。

差模干擾的電流大小相等，方向（相位）相反。因爲走線的分佈電容、電感、信號走線阻抗不連續，以及信號迴流路徑流過了意料以外的通路等，差模電流會轉換成共模電流。

2、共模干擾產生緣由
一、電網串入共模干擾電壓。

二、輻射干擾（如雷電，設備電弧，附近電臺，大功率輻射源）在信號線上感應出共模干擾，緣由是交變的磁場產生交變 的電流，地線－零線迴路面積與地線－火線迴路面積不相同，兩個迴路阻抗不一樣等緣由形成電流大小不一樣。

三、接地電壓不同，簡單的說就電位差而造就了共模干擾。

四、設備內部的線路對電源線形成的共模干擾。

3、共模干擾電流
共模干擾通常是以共模干擾電流存在的形式出現的，通常狀況下共模干擾電流產生的緣由有三個方面:

一、外界電磁場在電路走線中的全部導線上感應出來電壓（這個電壓相對於大地是等幅和同相的），由這個電壓產生的電流。

二、因爲電路走線兩端的器件所接的地電位不一樣，在這個地電位差的驅動下產生的電流。

三、器件上的電路走線與大地之間有電位差，這樣電路走線上會產生共模干擾電流。

器件若是在其電路走線上產生共模干擾電流，則電路走線會產生強烈的電磁輻射，對電子、電氣產品元器件產生電磁干擾，影響產品的性能指標；另外，當電路不平衡時，共模干擾電流會轉變爲差模干擾電流，差模干擾電流對電路直接產生干擾影響。對於電子、電氣產品電路中的信號線及其迴路而言:差模干擾電流流過電路中的導線環路時，將引發差模干擾輻射，這種環路至關於小環天線，能向空間輻射磁場，或接收磁場。

4、如何識別共模干擾
一、從干擾源判斷:雷電、附近發生的電弧、附近的電臺或其它大功率輻射裝置在電纜上產生的干擾爲共模干擾。

二、從頻率上判斷:共模干擾主要集中在1MHz以上。這是因爲共模干擾是經過空間感應到電纜上的，這種感應只有在較高頻率時才容易發生。但有一種例外，當電纜從很強的磁場輻射源(例如，開關電源)旁邊經過時，也會感應到頻率較低的共模干擾。

三、 用儀器測量:只要有一臺頻譜分析儀和一隻電流卡鉗就能夠進行測量、判斷了，判斷的步驟以下：

a. 將電流卡鉗分別卡在信號線或地線(火線或零線)上，記錄下某個感應頻率(f1)的干擾強度。

b.將電流卡鉗同時卡住信號線和地線， 若能觀察到(f1)處的干擾，則(f1)干擾中包含共模干擾成份，要判斷是否僅含共模 干擾成份，進行步驟c的判別。

c.將卡鉗分別卡住信號線和地線，若兩根線上測得的(f1)干擾的幅度相同，則(f1)干擾中僅含共模干擾成份;若不相同，則(f1)干擾中還包含差模干擾成份。

5、如何抑制共模干擾
共模干擾做爲EMC干擾中最爲常見且危害較大的干擾，**咱們抑制它最直接的方法就是濾波，這是抑制和防止共模干擾的一項重要措施。**濾波器的功能就是容許某一特定頻率的信號順利經過，而其它頻率的信號則要受到較大的抑制，它實質上是一個選頻電路,它切斷了電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，另外它仍是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當干擾頻譜不一樣於有用信號的頻帶時，能夠用濾波器將無用的干擾信號濾除。所以，恰當地選擇和正確地使用濾波器對抑制共模干擾是十分重要的。

若是有用信號是差模信號而干擾信號是共模信號，可以使用共模電感來抑制干擾信號：

6、共模電感的原理和抑制干擾
在電路中串入共模電感，當有共模干擾電流流經線圈時，因爲共模干擾電流的同向性，會在線圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現爲高阻抗，產生較強的阻尼效果，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共模電感時，電流在同相繞制的共模電感線圈中產生反向的磁場而相互抵消，於是對正常的差模電流基本沒有衰減做用。

一、USB 信號上的共模干擾抑制方法

USB 傳輸線上的信號是差分信號而干擾源是共模干擾信號，在傳輸線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有任何衰減。電路中加入濾波器－共模電感後共模干擾信號獲得有效抑制

若是共模干擾源是在電源迴路，可以使用共模電容來抑制干擾信號

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生 。

若是電源迴路同時還存在差模干擾，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被旁路，從而抑制差模干擾的產生 。

7、寫在最後 共模干擾做爲EMC干擾中最爲常見且危害很大的干擾,抑制它的方法除了濾波外，還能夠經過對信號線路進行屏蔽，在PCB 板上大面積鋪地下降地線阻抗來減小共模信號強度等方法。