共模干扰和差模干扰

什么是共模与差模

  电器设备的电源线,电话等的通信线, 与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号,在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线"。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态, 一种是两根导线分别做为往返线路传输, 我们称之为"差模";另一种是两根导线做去路,地线做返回传输, 我们称之为"共模"。

  如上图, 蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的,我们称之为"差模";而黄信号是在信号与地线之间传输的,我们称之为"共模"。

共模干扰与差模干扰

  任何两根电源线或通信线上所存在的干扰,均可用共模干扰和差模干扰来表示:共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下,共模干扰幅度大、频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

共模干扰信号

  共模干扰的电流大小不一定相等,但是方向(相位)相同的。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主,外来的干扰也多以共模干扰为主,共模干扰本身一般不会对设备产生危害,但是如果共模干扰转变为差模干扰,干扰就严重了,因为有用信号都是差模信号。

差模干扰信号

  差模干扰的电流大小相等,方向(相位)相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续,以及信号回流路径流过了意料之外的通路等,差模电流会转换成共模电流。

共模干扰产生原因

  1. 电网串入共模干扰电压。

  2. 辐射干扰(如雷电,设备电弧,附近电台,大功率辐射源)在信号线上感应出共模干扰,原因是交变的磁场产生交变   的电流,地线-零线回路面积与地线-火线回路面积不相同,两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。

  3.接地电压不一样,简单的说就电位差而造就了共模干扰。

  4.设备内部的线路对电源线造成的共模干扰。

共模干扰电流

  共模干扰一般是以共模干扰电流存在的形式出现的,一般情况下共模干扰电流产生的原因有三个方面:

  1. 外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅和同相的),由这个电压产生的电流。

  2. 由于电路走线两端的器件所接的地电位不同,在这个地电位差的驱动下产生的电流。

  3. 器件上的电路走线与大地之间有电位差,这样电路走线上会产生共模干扰电流。

  器件如果在其电路走线上产生共模干扰电流,则电路走线会产生强烈的电磁辐射,对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,影响产品的性能指标;另外,当电路不平衡时,共模干扰电流会转变为差模干扰电流,差模干扰电流对电路直接产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模干扰电流流过电路中的导线环路时,将引起差模干扰辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场,或接收磁场。

如何识别共模干扰

  1. 从干扰源判断:雷电、附近发生的电弧、附近的电台或其它大功率辐射装置在电缆上产生的干扰为共模干扰。

  2. 从频率上判断:共模干扰主要集中在1MHz以上。这是由于共模干扰是通过空间感应到电缆上的,这种感应只有在较高频率时才容易发生。但有一种例外,当电缆从很强的磁场辐射源(例如,开关电源)旁边通过时,也会感应到频率较低的共模干扰。

  3. 用仪器测量:只要有一台频谱分析仪和一只电流卡钳就可以进行测量、判断了,判断的步骤如下:

    a. 将电流卡钳分别卡在信号线或地线(火线或零线)上,记录下某个感应频率(f1)的干扰强度。

    b.将电流卡钳同时卡住信号线和地线, 若能观察到(f1)处的干扰,则(f1)干扰中包含共模干扰成份,要判断是否仅含共模 干扰成份,进行步骤c的判别。

    c.将卡钳分别卡住信号线和地线,若两根线上测得的(f1)干扰的幅度相同,则(f1)干扰中仅含共模干扰成份;若不相同,则(f1)干扰中还包含差模干扰成份。

如何抑制共模干扰

   共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害较大的干扰,我们抑制它最直接的方法就是滤波,这是抑制和防止共模干扰的一项重要措施。滤波器的功能就是允许某一特定频率的信号顺利通过,而其它频率的信号则要受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路,它切断了电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,另外它还是压缩干扰频谱的一种有效方法,当干扰频谱不同于有用信号的频带时,可以用滤波器将无用的干扰信号滤除。因此,恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制共模干扰是十分重要的。

  如果有用信号是差模信号而干扰信号是共模信号,可使用共模电感来抑制干扰信号:

共模电感的原理和抑制干扰

  在电路中串入共模电感,当有共模干扰电流流经线圈时,由于共模干扰电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模干扰电流,达到滤波的目的;当电路中的正常差模电流流经共模电感时,电流在同相绕制的共模电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,因而对正常的差模电流基本没有衰减作用。

案例  USB 信号上的共模干扰抑制方法

USB 端口的滤波处理-使用共模电感

  USB 传输线上的信号是差分信号而干扰源是共模干扰信号,在传输线上串上共模电感能较好的抑制共模干扰,而对有用的差分信号没有任何衰减。

USB 高速运行会在DM/DP信号线上产生很强的共模干扰

  电路中加入滤波器-共模电感后共模干扰信号得到有效抑制

  如果共模干扰源是在电源回路,可使用共模电容来抑制干扰信号

  在电路中引入共模电容,则共模电容提供最短的路径使共模干扰信号被旁路,从而抑制共模干扰的产生 。

  如果电源回路同时还存在差模干扰,使用差模电容来抑制干扰

  在电路中引入差模电容,则差模电容提供最短的路径使差模干扰信号被旁路,从而抑制差模干扰的产生 。

总结

  共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害很大的干扰,抑制它的方法除了滤波外,还可以通过对信号线路进行屏蔽,在PCB 板上大面积铺地降低地线阻抗来减少共模信号强度等方法。有关EMC元器件的选型及应用,我们会在今后作更多的介绍,敬请关注,谢谢!

原文地址:https://www.cnblogs.com/hehe2014/p/10469881.html

时间: 2024-11-09 01:38:49

共模干扰和差模干扰的相关文章

共模与差模的区别是什么?

什么是共模干扰和差模干扰电压电流的变化通过导线传输时有二种形态,我们将此称做"共模"和"差模".设备的电源线,电话等的通信线,与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号.但在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线".干扰电压和电流分为两种:一种是两根导线分别做为往返线路传输:另一种是两根导线做去路,地线做返回路传输.前者叫"差模",后者叫"共模".对差

彻底理解差模共模 输入信号

对于差动放大电路,左端输入信号A,相当于左端输入A/2+A/2,右端输入-A/2+A/2.相当于输入差模左右两端分别输入差模信号+A/2 -A/2,输入共模信号+A/2.右端输入B,相当于左端输入-B/2+B/2,右端输入B/2+B/2,相当于左右两端分别输入差模信号-B/2 +B/2,输入共模信号+B/2.两个合起来,相当于左右两端同时输入信号时A.B,所以从右边输入口来看,总的差模信号为[(+A)+(-B)](为什么不是[(+A)/2+(-B)/2]?因为差模输入C时,左右分别输入+C/2.

模2运算的原理 模2加法,模2减法,模2乘法,模2除法

模2运算是一种二进制算法,CRC校验技术中的核心部分,因此,我们在分析CRC算法之前,必须掌握模2运算的规则.与四则运算相同,模2运算也包括模2加.模2减.模2乘.模2除四种二进制运算.而且,模2运算也使用与四则运算相同的运算符,即"+"表示模2加,"-"表示模2减,"×"或"·"表示模2乘,"÷"或"/"表示模2除.与四则运算不同的是模2运算不考虑进位和借位,即模2加法是不带进位的二进

快速幂取模&快速乘取模

快速幂取模 即快速求出(a^b)mod c 的值.由于当a.b的值非常大时直接求a^b可能造成溢出,并且效率低. 思路 原理就是基于\(a*b \% c = ((a \% c)*(b \% c))\% c\),\(a^b \% c = (a \% c)^b \% c\)公式. 求解快速幂: 设指数b用二进制表示为\(b = (b_n b_{n-1}...b_2b_1b_0)_2\), \(b = b_0 + b_1*2^1 + b_2*2^2+...+b_{n-1}*2^{n-1} + b_n*

AD转换器的主要技术指标

1)分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,定义为满刻度与2n的比值.分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示.     2) 转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数.积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级.采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔.为了保证转换的正确完成,采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率.因

运算放大器[二] -----基础

差模信号.共模信号.共模抑制比 ------------------------------------------------------------ 差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值:而共模噪声又称对地信号,指的是两根线 分别对地的噪声. **** For example  对于一对信号线A.B,差模干扰相当于在A.B之间加上一个干扰电压.  共模干扰相当于分别在A与地.B与地之间加上一个干扰电压: 像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声,原理简单,两线拧一起,受到的共

肌电控制灵巧手(三)

肌电电极属性及配置 肌电电极是指专为采集肌电信号而建立的EMG控制接口,其中已经包括了必要的放大.滤波.矫正等信号处理流程,典型的就是独立式干电极模块--在一定大小的体积内集成电极极片.供电.信号放大.调制以及噪声屏蔽等流程. 肌电信号的幅值具有随机性,基本服从高斯分布.表面肌肤电信号的噪声主要来源于内部和外部,内部主要是肌肤组织的传导影响.电位发放串扰等,外部主要是接触面状态以及工频.电磁干扰等影响. 肌电电极普遍采用双极差分放大的形式.对两极片之间的电势差进行放大,能有效减少共模噪声,提高共

《嵌入式系统可靠性设计技术及案例解析》读书笔记(七)

电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility,EMC)是指设备或系统在电磁环境中运行时,不会因为其他设备的合理电磁干扰而影响本机的功能和安全性,也不会对其环境中的任何设备产生不合理的电磁干扰能力.包含EMI和EMS,即不产生不合理干扰及抗干扰. 测试标准的规定工友11项测试内容:4项EMI指标,指辐射发射RE.传导发射CE.谐波电流Harmonics.闪烁Flicker:7项EMS指标,指辐射抗干扰度RS.传导抗度CS.静电抗扰度ESD.电快速瞬变脉冲群EFT/B.电压

模拟电子技术200问

http://www.21ic.com/jichuzhishi/analog/questions/2013-02-18/158429.html 1.半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点? 答:频率特性好.体积小.功耗小,便于电路的集成化产品的袖珍化,此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出;但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件. 2.什么是本征半导体和杂质半导体? 答:纯净的半导体就是本征半导体,在元素周期表中它们一般都是中价元素.在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂