【技术】电磁兼容特性“差模和共模“是什么？如何有效抑制差模干扰和共模干扰？

时间： 2021-08-15 来源：韬略科技

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差模干扰

一般情况下，PCB上的电路功能问题主要是由差模电压或电流造成的，差模电流流过电路中的导线环路时，将引起差模辐射。这种环路相当于一个小环天线，它向外部空间辐射电磁场，同样也会接收外界的电磁场，产生干扰。

图1 印制板上的差模电路和共模电流

图1显示了PCB上较为典型的差模电流和共模电流。PCB上的差模电流通常是在印制电路板电路内部形成的，差模电源通常就是电路中的信号电源。

共模干扰

印制电路板向外的电磁辐射效应主要是由共模电压或电流造成的。通常板上的差模和共模电压或电流都是由同一个物理层上的驱动源（即同一个干扰源）产生的，共模电压或电流是由差模电压或电流经某种机制转换而来的。一般是在信号线与地线（包括接地层和结构地板）之间，通过分布电参数或公共阻抗形成的共模电流。图2给出了PCB的差模电流和共模电电流的等效电路。 RG1=RG2时，共模电流ICM近似为0 ；当两接地阻抗不等（RG1≠RG2）时，就会有共模电流ICM产生。仿真结果如图3所示。正如前面所诉述，此共模电流是由差模电压Us产生。

图2 差模电流和共模电流等效图

图3 差模共模仿真图

共模电流可以由布线层上的差模电流的影响而产生，通常都是由于PCB结构造成的由差模到共模的转换机制产生的，特别是由于结构的非对称性，会使差模电流产生不平衡或不可对消的差模电流从而导致共模电流的产生。共模电流通过接地或公共结构连接到PCB输入输出设备的电缆上，产生向外的辐射干扰。

抑制这两种干扰的有效措施：

差模辐射可用小环天线的辐射来近似，根据环天线的辐射理论，可用以下方法来抑制差模干扰：

（1）减小回路的电流大小。

（2）减小环路面积，将信号线紧挨地线布置。

（3 ）减小信号频率及其谐波，加大数字信号的上升/下降时间。

共模辐射是由于接地电路中存在电压降，在同一块PCB上，存在不同电位差的电位分布区域，当外接电缆与这些部位连接时，就会在共模电压激励下形成共模电流，成为辐射电场的天线,这是由于接地系统中存在电压降所造成的。产品辐射性能的决定因素是共模辐射。我们可以用对地电压激励的、长度小于1/4波长的短单极天线来模拟共模辐射，限制共模电流是减小共模辐射的基本方法。为此，我们可以采取以下措施：

（1）尽量减小激励此天线的源电压，即地电位。

（2）提供与电缆串联的高共模阻抗，即加共模扼流圈。

（3）将共模电流旁路到地。

在设计PCB电路时，可根据以下要求来降低差模/共模干扰：

（1）印制线的长度应尽可能短而宽；为了减少电流辐射的干扰能量，应根据预测或测量到的电磁波频率，并根据印制线的长度和其辐射频率的响应关系，合理地设计PCB中线路的长度。

（2）根据电路板的电平要求对其做量化分析，设立适当的接地平面或接地线、减小印制线长度和环路面积。

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