什么是共模與差模

電器設(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)，在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有兩種形態(tài), 一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸, 我們稱(chēng)之為"差模"；另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱(chēng)之為"共模"。

如上圖, 藍(lán)色信號(hào)是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)?，我們稱(chēng)之為"差模"；而黃信號(hào)是在信號(hào)與地線之間傳輸?shù)?，我們稱(chēng)之為"共模"。

共模干擾與差模干擾

任何兩根電源線或通信線上所存在的干擾，均可用共模干擾和差模干擾來(lái)表示：共模干擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，屬于非對(duì)稱(chēng)性干擾，它定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱(chēng)性干擾,它定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間的不希望有的電位差。在一般情況下，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。

共模干擾信號(hào)

共模干擾的電流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。電氣設(shè)備對(duì)外的干擾多以共模干擾為主，外來(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。

差模干擾信號(hào)

差模干擾的電流大小相等，方向（相位）相反。由于走線的分布電容、電感、信號(hào)走線阻抗不連續(xù)，以及信號(hào)回流路徑流過(guò)了意料之外的通路等，差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流。

共模干擾產(chǎn)生原因

1. 電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

2. 輻射干擾（如雷電，設(shè)備電弧，附近電臺(tái)，大功率輻射源）在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾，原因是交變的磁場(chǎng)產(chǎn)生交變 的電流，地線－零線回路面積與地線－火線回路面積不相同，兩個(gè)回路阻抗不同等原因造成電流大小不同。

3.接地電壓不一樣，簡(jiǎn)單的說(shuō)就電位差而造就了共模干擾。

4.設(shè)備內(nèi)部的線路對(duì)電源線造成的共模干擾。

共模干擾電流

共模干擾一般是以共模干擾電流存在的形式出現(xiàn)的，一般情況下共模干擾電流產(chǎn)生的原因有三個(gè)方面:

1. 外界電磁場(chǎng)在電路走線中的所有導(dǎo)線上感應(yīng)出來(lái)電壓（這個(gè)電壓相對(duì)于大地是等幅和同相的），由這個(gè)電壓產(chǎn)生的電流。

2. 由于電路走線兩端的器件所接的地電位不同，在這個(gè)地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的電流。

3. 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(huì)產(chǎn)生共模干擾電流。

器件如果在其電路走線上產(chǎn)生共模干擾電流，則電路走線會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，對(duì)電子、電氣產(chǎn)品元器件產(chǎn)生電磁干擾，影響產(chǎn)品的性能指標(biāo)；另外，當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_電流，差模干擾電流對(duì)電路直接產(chǎn)生干擾影響。對(duì)于電子、電氣產(chǎn)品電路中的信號(hào)線及其回路而言:差模干擾電流流過(guò)電路中的導(dǎo)線環(huán)路時(shí)，將引起差模干擾輻射，這種環(huán)路相當(dāng)于小環(huán)天線，能向空間輻射磁場(chǎng)，或接收磁場(chǎng)。

如何識(shí)別共模干擾

1. 從干擾源判斷:雷電、附近發(fā)生的電弧、附近的電臺(tái)或其它大功率輻射裝置在電纜上產(chǎn)生的干擾為共模干擾。

2. 從頻率上判斷:共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過(guò)空間感應(yīng)到電纜上的，這種感應(yīng)只有在較高頻率時(shí)才容易發(fā)生。但有一種例外，當(dāng)電纜從很強(qiáng)的磁場(chǎng)輻射源(例如，開(kāi)關(guān)電源)旁邊通過(guò)時(shí)，也會(huì)感應(yīng)到頻率較低的共模干擾。

3. 用儀器測(cè)量:只要有一臺(tái)頻譜分析儀和一只電流卡鉗就可以進(jìn)行測(cè)量、判斷了，判斷的步驟如下：

a. 將電流卡鉗分別卡在信號(hào)線或地線(火線或零線)上，記錄下某個(gè)感應(yīng)頻率(f1)的干擾強(qiáng)度。

b.將電流卡鉗同時(shí)卡住信號(hào)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(jìn)行步驟c的判別。

c.將卡鉗分別卡住信號(hào)線和地線，若兩根線上測(cè)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。

如何抑制共模干擾

共模干擾作為EMC干擾中最為常見(jiàn)且危害較大的干擾，我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(xiàng)重要措施。濾波器的功能就是允許某一特定頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則要受到較大的抑制，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路,它切斷了電磁干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，另外它還是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當(dāng)干擾頻譜不同于有用信號(hào)的頻帶時(shí)，可以用濾波器將無(wú)用的干擾信號(hào)濾除。因此，恰當(dāng)?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對(duì)抑制共模干擾是十分重要的。

如果有用信號(hào)是差模信號(hào)而干擾信號(hào)是共模信號(hào)，可使用共模電感來(lái)抑制干擾信號(hào)：

共模電感的原理和抑制干擾

在電路中串入共模電感，當(dāng)有共模干擾電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模干擾電流的同向性，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模干擾電流，達(dá)到濾波的目的；當(dāng)電路中的正常差模電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相繞制的共模電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，因而對(duì)正常的差模電流基本沒(méi)有衰減作用。

案例 USB 信號(hào)上的共模干擾抑制方法

USB 端口的濾波處理－使用共模電感

USB 傳輸線上的信號(hào)是差分信號(hào)而干擾源是共模干擾信號(hào)，在傳輸線上串上共模電感能較好的抑制共模干擾，而對(duì)有用的差分信號(hào)沒(méi)有任何衰減。

USB 高速運(yùn)行會(huì)在DM/DP信號(hào)線上產(chǎn)生很強(qiáng)的共模干擾

電路中加入濾波器－共模電感后共模干擾信號(hào)得到有效抑制

如果共模干擾源是在電源回路，可使用共模電容來(lái)抑制干擾信號(hào)

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(hào)被旁路，從而抑制共模干擾的產(chǎn)生 。

如果電源回路同時(shí)還存在差模干擾，使用差模電容來(lái)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(hào)被旁路，從而抑制差模干擾的產(chǎn)生 。

總結(jié)

共模干擾作為EMC干擾中最為常見(jiàn)且危害很大的干擾,抑制它的方法除了濾波外，還可以通過(guò)對(duì)信號(hào)線路進(jìn)行屏蔽，在PCB 板上大面積鋪地降低地線阻抗來(lái)減少共模信號(hào)強(qiáng)度等方法。

審核編輯：湯梓紅