什麽(me) 是共模和差模？

在電磁兼容行業(ye) 中，電器設備的電源線、電話等通信線路，以及與(yu) 其他設備或外圍設備交換的通信線路，至少有兩(liang) 條線路，這兩(liang) 條線路作為(wei) 往返線路輸送電源或信號，通常有第三導體(ti) ，這是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳(chuan) 輸有兩(liang) 種形式，一種是兩(liang) 根導線分別作為(wei) 往返線路傳(chuan) 輸，我們(men) 稱之為(wei) "差模"；另一種是兩(liang) 根導線去路，地線返回傳(chuan) 輸，我們(men) 稱之為(wei) "共模"。

 

如上圖所示，藍色信號在兩(liang) 條導線內(nei) 進行往返傳(chuan) 輸，我們(men) 稱之為(wei) "差模"；黃信號在信號和地線之間傳(chuan) 輸，我們(men) 稱之為(wei) "共模"。

共模幹擾和差模幹擾

任何兩(liang) 條電源線或通信線上的幹擾都可以用共模幹擾和差模幹擾來表示:共模幹擾在導線和地麵(外殼)之間傳(chuan) 輸，屬於(yu) 不對稱幹擾，定義(yi) 為(wei) 任何載流導體(ti) 和參考地之間不想要的電位差；

差模幹擾在兩(liang) 條導線之間傳(chuan) 輸，屬於(yu) 對稱幹擾，定義(yi) 為(wei) 任何兩(liang) 個(ge) 載流導體(ti) 之間不想要的電位差。一般共模幹擾範圍大，頻率高，也可以通過導線輻射，幹擾大。差模幹擾範圍小，頻率低，幹擾小。

 

共模幹擾信號

共模幹擾的電流大小不一定相等，但方向(相位)相同。電氣設備的外部幹擾主要是共模幹擾，外部幹擾主要是共模幹擾。共模幹擾本身一般不會(hui) 對設備造成傷(shang) 害，但如果共模幹擾轉化為(wei) 差模幹擾，幹擾會(hui) 嚴(yan) 重，因為(wei) 有用信號是差模信號。

 

差模幹擾信號

差模幹擾的電流大小相等，方向(相位)相反。差模電流會(hui) 轉化為(wei) 共模電流，因為(wei) 布線的分布電容、電感、信號布線阻抗不連續、信號回流路徑流過意想不到的通路。

共模幹擾的原因

1.電網串入共模幹擾電壓。

2.接地電壓不同，簡單來說就是電位差造成共模幹擾。

3.設備內(nei) 線路對電源線的共模幹擾。

4.輻射幹擾(如雷電、設備電弧、附近電台、大功率輻射源)在信號線上感應共模幹擾，因為(wei) 交變磁場產(chan) 生交變電流，地線-零線電路麵積與(yu) 地線-火線電路麵積不同，兩(liang) 個(ge) 電路阻抗不同。

共模幹擾電流

共模幹擾通常以共模幹擾電流的形式出現，一般共模幹擾電流的原因有三個(ge) ：

1.外部電磁場在電路接線中的所有導線上感應電壓（該電壓與(yu) 地球相等），由該電壓產(chan) 生的電流。

2.由於(yu) 電路接線兩(liang) 端設備連接的地電位不同，在地電位差的驅動下產(chan) 生的電流。

3.設備上的電路接線與(yu) 地麵之間存在電位差，使電路接線產(chan) 生共模幹擾電流。

如果設備在電路線上產(chan) 生共模幹擾電流，電路線會(hui) 產(chan) 生強電磁輻射，對電子和電氣產(chan) 品部件產(chan) 生電磁幹擾，影響產(chan) 品性能指標；此外，當電路不平衡時，共模幹擾電流會(hui) 轉化為(wei) 差模幹擾電流，差模幹擾電流會(hui) 直接幹擾電路。對於(yu) 電子和電氣產(chan) 品電路中的信號線及其電路，當差模幹擾電流通過電路中的導線環時，會(hui) 引起差模幹擾輻射，相當於(yu) 小環天線，可以向空間輻射磁場或接收磁場。

如何識別共模幹擾？

1.從(cong) 頻率判斷：共模幹擾主要集中在1MHz以上。這是因為(wei) 共模幹擾是通過空間感應到電纜的，隻有在高頻時才容易發生。但有一個(ge) 例外，當電纜通過強磁場輻射源（如開關(guan) 電源）時，也會(hui) 感應到低頻共模幹擾。

2.從(cong) 幹擾源判斷：雷電、附近電弧、附近電台或其他大功率輻射裝置對電纜的幹擾為(wei) 共模幹擾。

3.用儀(yi) 器測量:隻要有頻譜分析儀(yi) 和電流卡鉗，就可以測量。判斷步驟如下:

a.將電流卡鉗分別卡在信號線或地線(火線或零線)上，記錄感應頻率(f1)幹擾強度。

b.如果能觀察到電流卡鉗同時卡住信號線和地線(f1)幹擾，然後(f1)幹擾中含有共模幹擾成分，需要判斷是否隻含有共模幹擾成分，並采取步驟c的判別。

c.如果兩(liang) 條線上測得的卡鉗分別卡住信號線和地線(f1)如果幹擾範圍相同，(f1)幹擾僅(jin) 含共模幹擾成分；如果不同，(f1)差模幹擾成分也包含在幹擾中。

如何抑製共模幹擾？

共模幹擾EMC幹擾中最常見、最有害的幹擾是過濾器，這是抑製和預防共模幹擾的重要措施。過濾器的功能是允許特定頻率的信號順利通過，而其他頻率的信號應大大抑製。它本質上是一個(ge) 選頻電路，切斷了沿信號線或電源線傳(chuan) 輸電磁幹擾的路徑。此外，它是壓縮幹擾頻譜的有效方法。當幹擾頻譜不同於(yu) 有用信號的頻帶時，可以使用濾波器過濾無用的幹擾信號。因此，正確選擇和使用濾波器對抑製共模幹擾非常重要。

若有用信號為(wei) 差模信號，幹擾信號為(wei) 共模信號，則可采用共模電感抑製幹擾信號：

 

共模電感的原理和抑製幹擾

USB傳(chuan) 輸線上的信號是差分信號，幹擾源是共模幹擾信號。在傳(chuan) 輸線上串聯共模電感可以更好地抑製共模幹擾，而不會(hui) 衰減有用的差分信號。

 

USB高速運行會(hui) 在DM/DP信號線上產(chan) 生很強的共模幹擾

 

電路中加入濾波器-共模電感後共模幹擾信號得到有效抑製

共模電感串入電路。當共模幹擾電流通過線圈時，由於(yu) 共模幹擾電流的同向性，線圈中的同向磁場會(hui) 增加線圈的感應阻力，使線圈具有較高的阻抗性和較強的阻尼效果，從(cong) 而衰減共模幹擾電流，達到濾波的目的；當電路中的正常差模電流通過共模電感時，電流在共模電感線圈中產(chan) 生反向磁場並相互抵消，因此對正常差模電流沒有衰減效果。

案例USB共模幹擾抑製信號上的方法

 

USB端口的濾波處理-使用共模電感

如果共模幹擾源在電源電路中，可以使用共模電容來抑製幹擾信號

 

在電路中引入共模電容時，共模電容提供最短的路徑，使共模幹擾信號旁路，從(cong) 而抑製共模幹擾的產(chan) 生。

如果電源電路仍有差模幹擾，則使用差模電容器抑製幹擾

 

將差模電容引入電路時，差模電容提供最短的路徑，使差模幹擾信號旁路，從(cong) 而抑製差模幹擾的產(chan) 生。