共模电流与差模电流

如图所示，由于对这两种干扰电流的滤波方法不相同，因此在进行滤波设计之前必须了解所面对的干扰电流。1．共模干扰电流共模干扰电流定义为在任意（或全部）载流导线和参考地之间的无用电位差所形成的电流。干扰电流在电路走线中的所有导线上的幅度、相位相同，它在电路走线与大地之间形成的回路中流动。造成这种干扰电流的原因有：图共模和差模电流·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；·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电流；·器件上的电路走线与大地之间有电位差，这样电路走线上会出现共模电流。由上面的介绍可知，共模电流不会对电路产生影响，只有当共模电流转变成差模电流（或电压）时，才对电路产生影响。这种情况会在电路不平衡的情况下发生。另外，器件如果在其电路走线上产生共模电流，则电路走线会产生强烈的电磁辐射，造成器件满足不了电磁兼容标准中对辐射的限制要求，对其他器件造成干扰。2．差模干扰电流差模干扰电流定义为在任意两条载流导线之间的无用电位差所形成的电流。干扰电流在信号线与信号地线之间（或电源线的火线和零线之间）流动。在信号电路走线中，差模干扰电流是在外界电磁场中信号线和信号地线构成的回路中感应产生的。由于电路走线中的信号线与其地线靠得很近，形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一股不会很大。在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的（特别是开关电源）和感性负载通断时产生的（其幅度往往很大）。差模干扰电流会直接影响器件的工作。当开关电源工作时，在电源线上既会产生很强的共模干扰，也会产生很强的差模干扰。1.差模电流和共模电流关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射，而非电压”。静态电荷产生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。在任何电路中都存在共模电流和差模电流。一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信息）。共模模式是差分模式的负面效果。2.差模电流大小相等，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。3.共模电流大小不一定相等，方向（相位）相同。设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但是共模干扰强度常常比差模强度的大几个数量级。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干扰。4.共模电流和差模电流的磁场分布差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消；而共模电流的磁场，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相同，磁场强度反而加强。这个概念非常重要，PCB的很多EMC设计都遵循这个规则。5.差模辐射何共模辐射场强计算公式共模辐射场强：E=1.26×I×L×f/r其中：I为共模电流强度；L为共模电流路径长度；f为共模电流频率；r为测试点距离共模路径的距离。差模辐射场强：E=6.2×I×A×f2/r其中：I为差模电流强度；A为差模电流环路面积；f为差模电流频率；r为测试点距离差模环路的距离。7.总结：在线路板上抑制干扰的途径有：1、减小差模信号回路面积；2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；3、减小共模电压（接地设计）。共模电流的测量共模电流是设备产生辐射的主要原因。但是由于共模电流的形成过程十分复杂，并且共模电流都是设计意图之外的，因此很难通过理论分析来预测其强度。常用的方法是通过实验的方法确定电缆上的共模电流。设备准备：一台频谱分析仪、一个或两个电流卡钳（取决于厂家，电流卡钳的频率范围要覆盖所感兴趣的频率）和一条射频电缆。电流卡钳实际就是一个只有次级的变压器，它所卡住的电缆相当于变压器的初级。当卡住电缆时，电缆上的电流会在次级上感应出电压，这个电压送到频谱分析仪的输入端口上，由仪器测出幅度。方法：将频谱分析仪、电流卡钳、射频电缆按照图示连接起来；设置频谱分析仪的参数，包括：扫描频率范围、中频/视频带宽等，单位用dBV；将待测电缆所连接的系统全部断电，把电流卡钳套在待测电缆上（这时测出的是共模电流），沿电缆滑动，同时观察频谱分析仪屏幕上的显示，记录下这时的背景。使待测电缆所连接的系统处于正常工作状态，重复步骤（3），与步骤（3）的结果比较，背景以外的信号就是电缆上的共模电流。查电流卡钳厂家提供的传输阻抗（TransferImpedance）数据，换算成dB接给出）；得到了共模电流以后，就可以用共模辐射的计算公式来计算在某个频率上的共模辐射强度了。电缆上的共模电流产生的原因点击次数：261发布时间：2009-9-25解决电缆问题的主要方法之一是对电缆进行屏蔽，但是屏蔽电缆应该怎样端接，怎样的屏蔽电缆才是有效的，等一系列问题是普遍关心而模糊的问题。本节讨论电缆的辐射问题、以及问题的对策。电缆的辐射问题是工程中最常见的问题之一，90%以上的设备不能通过辐射发射试验都是由于电缆辐射造成的。电缆产生辐射的机理有两种，一种是电缆中的信号电流回路产生的差模辐射，另一种是电缆中的导线上的共模电流产生的。电缆的辐射主要来自共模辐射。共模辐射是由共模电流产生的，共模电流的环路面积是由电缆与大地形成的，因此具有较大的环路面积，会产生较强的辐射。共模电流是如何产生的往往是许多人困惑的问题。要理解这个问题，首先明确共模电压是导致共模电流的根本原因，共模电压就是电缆与大地之间的电压。从共模电压出发，寻找导致共模电流的原因就容易了，而导致一个问题的原因一旦清楚，解决这个问题就不是很困难了。电缆上的共模电流产生的原因有以下几点：差模电流泄漏导致的共模电流.即使电缆中包含了信号回线，也不能保证信号电流100%从回线返回信号源，特别是在频率较高的场合，空间各种杂散参数为信号电流提供了第三条，甚至更多的返回路径。这种共模电流虽然所占的比例很小，但是由于辐射环路面积大，辐射是是不能忽视的。不要试图通过将电路与大地“断开”来减小共模电流，从而减小共模辐射。将电路与大地断开仅能够在低频减小共模电流，高频时寄生电容形成的通路已经阻抗很小。共模电流主要由杂散电容产生。当然，如果共模辐射的问题主要发生在低频，将线路板或机箱与大地断开会有一定效果。从共模电流产生的机理可知，减小这种共模电流的有效方法是减小差模回路的阻抗，从而促使大部分信号电流从信号地线返回。一般信号线与回线靠得越近，则差模电流回路的阻抗越小。一个典型的例子就是同轴电缆，由于同轴电缆的回流电流均匀分布在外皮上，其等效电流与轴心重合，因此回路面积为零，差模阻抗接近为零，几乎100%的信号电流从同轴电缆的外皮返回信号源，共模电流几乎为零，所以共模辐射很小。另一方面，由于差模电流回路的面积几乎为零，差模辐射也很小，所以同轴电缆的辐射是很小的。对于高频信号，用同轴电缆传述可以避免辐射。实际上，这与我们传统上用同轴电缆传输高频信号，以减小信号的损耗的目的具有相同的本质。因为信号的损耗小了，自然说明泄漏的成份少了，而这部分泄漏就是电缆的辐射。线路板的地线噪声导致的共模电流。信号地线就是信号的回流线，因此，地线上的两点之间必然存在电压，对于高频电路而言，这些就是高频噪声电压，它作为共模电压驱动电缆上的共模电流，导致共模辐射。各种减小地线阻抗的设计方法，可以用来减小地线上的噪声，从而减小共模电压。一种推荐的方法是在电缆端口设置“干净地”。所谓干净地就是这块地线上没有可以产生噪声的电路，因此地线上的局部电位几乎相等。深圳市艾尔特通讯技术有限公司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。什么是共模残压什么是共模残压共模电压(commonmodevoltage):在每一导体和所规定的参照点之间（往往是大地或机架）出现的相量电压的平均值。或者说同时加在电压表两测量端和规定公共端之间的那部分输入电压。差模电压（symmetricalvoltage）：一组规定的带电导体中任意两根之间的电压。使差模电压又称对称电压。在规定波形，标称放电电流冲击氧化锌阀片，阀片两端测到的电压峰值，称为残压。残压与压敏电压的比值，残压比。雷击，闪电会在输入/输出电源线上产生瞬间高压，大电流，影响用户设备稳定运行，严重时会造成设备损坏。避雷器按接法分可分为共模接法和差模接法两种：避雷器接在相线之间或相线与零线之间称为差模接法，即所谓横向保护。避雷器接在相线与地线之间或零线与地线之间称为共模接法，即所谓纵向保护。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV图2对地电压/电流与差模、共模电压/电流之间的关系【cio】--2006/6/919:35:35图2对地电压/电流与差模、共模电压/电流之间的关系因此，当两根导线对地线电压或电流不同时，可通过下列方法求出两种模式的成分：ＶN=（Ｖ1-Ｖ2）/2Ｖc=（Ｖ1+Ｖ2）/2ＩN=（Ｉ1-Ｉ2）/2Ｉc=（Ｉ1+Ｉ2）/2通过被连接的电路，两根导线终端与地线之间存在着阻抗。这两条线的阻抗一旦不平衡，在终端就会出现模式的相互转换。即通过导线传递的一种模式在终端反射时，其中一部分会变换成另一种模式。另外，通常两根导线之间的间隔较小，导线与地线导体之间距离较大。所以若考虑从导线辐射的干扰，与差模电流产生的辐射相比，共模电流辐射的强度更大。与此相反，可以说因外部电磁场干扰在导线上产生的干扰电压/电流，或附近的导线等产生的静电感应、电磁感应等的耦合是一样的。问：传导噪声与辐射噪声的区别是什么？答：当我们开空调时，室内的荧光灯会出现瞬间变暗的现象，这是因为大量电流流向空调，电压急速下降，利用同一电源的荧光灯受到影响。还有使用吸尘器时收音机会出现啪啦啪啦的杂音。原因是吸尘器的马达产生的微弱（低强度高频的）电压/电流变化通过电源线传递进入收音机，以杂音的形式放了出来。这种由一个设备中产生的电压/电流通过电源线、信号线传导并影响其它设备时，将这个电压/电流的变化叫做“传导干扰”。所以为对症下药，通常采用的方法是给发生源及被干扰设备的电源线等安装滤波器，阻止传导干扰的传输。另外，当当信号线上出现噪声时，将信号线改为光纤，也可隔断传输途径。当摩托车从附近道路通过时，电视会出现雪花状干扰。这是因为摩托车点火装置的脉冲电流产生了电磁波，传到空间再传给附近的电视天线、电路上，产生了干扰电压/电流。象这种通过空间传播，并对其它设备电路产生无用电压/电流，造成危害的干扰称为“辐射干扰”。由于传播途径是空间，解决辐射干扰的方法除前面所讲的滤波之外，还要对设备进行屏蔽方能有效。如上所述，干扰的根源是电压/电流产生不必要的变化，这种变化通过导线直接传递给其它设备，造成危害，这叫“传导干扰”。另外，由于电压电流变化而产生的电磁波通过空间传播到其它设备中，在电路或导线上产生不必要的电压/电流，并造成危害的干扰叫“辐射干扰”。但是，实际上并不能这样简单区分。例如：文字处理机或计算机等计算设备的干扰源，虽然是在设备内部电路上流动的数字信号的电压/电流，但这些干扰以传导干扰的方式通过电源线或信号线泄漏，直接传递给其他设备。同时这些导线产生的电磁波以辐射干扰的形式危及附近的设备。而且计算设备本身内部电路也产生电磁波，以辐射干扰的形式危及其他设备。最后，就辐射干扰再做一些较详细的说明。根据天线原理，如果导线的长度与波长相等，则容