差模共模定義:
1.從一個系統(tǒng)的一對輸入端看,若信號的極性以及電流方向相同,稱為共模信號。
2.從一個系統(tǒng)的一對輸入端看,若信號的極性以及電流方向相反,稱為差模信號。
如PCB中從芯片A傳遞一個電流信號至芯片B,并從芯片B的地管腳返回一個同樣大小,相反方向的電流至芯片A的地,這是差模電流。但是由于電路在設(shè)計時導體周圍存在分布電容,這些分布電容為高頻的交流信號提供了一個通路。如果信號源是高頻交流信號,就會有一部分電流從差?;芈分刑右莩鰜?,從空間分布電容返回信號源,這就是共模電流。
上圖所示這里存在兩個電流回路,差模電流回路和共模電流回路。具體多少取決于兩個回路的阻抗,極端的說只有差模阻抗為0或共模阻抗為無窮大時,才不會有共模電流。
共模問題是疑難問題:
大部分情況下,差?;芈放赃吙倳幸粋€金屬導體(大地、參考地或金屬殼體),這個導體就會成為形成共模電流返回路徑的通道。這個導體通常被稱為“地”??梢?,大部分情況下,共模電路是通過分布電容形成的,設(shè)計師看不見也摸不到,于是成為電路分析的疑難問題。
共模問題是EMC問題的核心問題:
當一個回路處于電磁場中時,電磁場會在電回路上感應出電壓,圖中是一個簡單的電路。在差模信號的回路中,電磁波會在此回路中感應出差模電壓。這個差模電壓直接疊加在信號電壓上,因此會對負載產(chǎn)生直接影響。這個感應差模電壓的大小與環(huán)路面積有直接的關(guān)系,設(shè)計者只要在電路設(shè)計時控制好環(huán)路面積(如PCB中鋪設(shè)地平面),就能把差模感應電壓控制在很小的范圍內(nèi)。
然而,電磁場還會在兩根導線上同時感應出電壓,由于這個電壓在兩根導體上幅度、相位完全相同,雖然不直接產(chǎn)生差模電流,但是由于空間分布電容和周圍導體(地)的存在,會形成共模電流。雖然共模電壓不會影響電路的工作,但是,如果負載兩端對地阻抗不相同,兩個導體上的共模電流也不同,就會產(chǎn)生差模成分,導致差模電壓,影響電路的工作。
相反,產(chǎn)品的正常工作電路在正常差模傳遞時,雖然電流較大,但是由于差?;芈返沫h(huán)路面積得到很好的控制(如鋪設(shè)地平面),就不會引起較大的差模輻射。然而寄生出來的EMI共?;芈罚捎诃h(huán)路面積遠遠大于差?;芈罚蜁疠^大的共模輻射,實踐證明:只要微安級的共模電流就會引起EMI輻射超標;即使是數(shù)十毫安的差模電流也不會引起EMI超標。
實現(xiàn)差模到共模的思維轉(zhuǎn)變是入門EMC學科的關(guān)鍵一步:
按以上共差模的定義與分析,可以看到,產(chǎn)品的功能電路設(shè)計實際上是一種差模思路的設(shè)計,電路設(shè)計過程中的關(guān)鍵交付件-原理圖也是一種差模的電路信息表達,長期以往,設(shè)計者就形成了一種差模的思維定式。當碰到EMC問題時,很難從原來差模的思維定式中破繭而出,形成一種新的思維模式去完整的分析電路。這種新的思維模式就是共模的思維模式,他可以讓我們看到那些被遺忘的回路,就是他們一直是困擾著我們,不斷的傳遞者各種高頻信號,在我們意想不到的路徑中傳遞。
審核編輯:劉清
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原文標題:跑出PCB板才能分析清EMC問題
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