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概述

1引言   了解共模和差模信號之間的差別,對正確理解脈衝磁路和工作模塊之間的關係是至關重要的。變壓器、共模扼流圈和自耦變壓器的端接法,對在區域網(LAN)和通信介面電路中……

1 引言
    了解共模和差模信號之間的差別,對正確理解脈衝磁路和工作模塊之間的關係是至關重要的。變壓器、共模扼流圈和自耦變壓器的端接法,對在區域網(LAN)和通信介面電路中減小共模干擾起關鍵作用。共模噪音在用無屏蔽對絞電纜線的通信系統中,是引起射頻干擾的主要因素,所以了解共模噪音將有利於更好地了解我們關心的磁性界面的電磁兼容論點。本文的主要目的是闡述差模和共模信號的關鍵特性和共模扼流圈、自耦變壓器端接法主要用途,以及為什麼共模信號在無屏蔽對絞電纜線上會引起噪音發射。在介紹這些信號特點的同時,還介紹了抑制一般噪音常用的方法。

2 差模和共模信號
我們研究簡單的兩線電纜,在它的終端接有負載阻抗。每一線對地的電壓用符號V1和V2來表示。差模信號分量是VDIFF,共模信號分量是VCOM,電纜和地之間存在的寄生電容是Cp。其電路如圖1所示,其波形如圖2所示。
 
 
2.1 差模信號
純差模信號是:V1=-V2 (1)
大小相等,相位差是180°
VDIFF=V1-V2 (2)
因為V1和V2對地是對稱的,所以地線上沒有電流流過。所有的差模
電流(IDIFF)全流過負載。在以電纜傳輸信號時,差模信號是作為攜帶信息“想要”的信號。區域網(LAN)和通信中應用的無線收發機的結構中安裝的都是差模器件。兩個電壓(V1+V2)瞬時值之和總是等於零。
2.2 共模信號
純共模信號是:
V1=V2=VCOM (3)
大小相等,相位差為0°
V3=0 (4)
共模信號的電路如圖3所示,
 
其波形如圖4所示。
 
因為在負載兩端沒有電位差,所以沒有電流流過負載。所有的共模電流都通過電纜和地之間的寄生電容流向地線。在以電纜傳輸信號時,因為共模信號不攜帶信息,所以它是“不想要”的信號。
兩個電壓瞬時值之和(V1+V2)不等於零。相對於地而言,每一電纜上都有變化的電位差。這變化的電位差就會從電纜上發射電磁波。

3 差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC
    在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺旋形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導線的電流方向,決定每對導線發射噪音的程度。在每對導線上流過差模和共模電流所引起的發射程度是不同的,差模電流引起的噪音發射是較小的,所以噪音主要是由共模電流決定。
3.1 對絞線中的差模信號
    對純差模信號而言,它在每一根導線上的電流是以相反方向在一對導線上傳送。如果這一對導線是均勻的纏繞,這些相反的電流就會產生大小相等,反向極化的磁場,使它的輸出互相抵消。在無屏蔽對絞線系統中的差模信號如圖5所示。
在無屏蔽對絞線中,不含噪音的差模信號不產生射頻干擾。
 
3.2 對絞線中的共模信號
    共模電流ICOM在兩根導線上以相同方向流動,並經過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下,電流產生大小相等極性相同的磁場,它們的輸出不能相互抵消。如圖6所示,共模電流在對絞線的表面產生一個電磁場,它的作用正如天線一樣。
在無屏蔽對絞線中,共模信號產生射頻干擾。
 
3.3 電纜線上產生的共模、差模噪音及其EMC
電子設備中電纜線上的噪音有從電源電纜和信號電纜上產生的輻射噪音和傳導噪音兩大類。這兩大類中又分為共模噪音和差模噪音兩種[1]。差模傳導噪音是電子設備內部噪音電壓產生的與信號電流或電源電流相同路徑的噪音電流,如圖7所示。減小這種噪音的方法是在信號線和電源線上串聯差模扼流圈、並聯電容或用電容和電感組成低通濾波器,來減小高頻的噪音,如圖8所示。
 
 
    差模輻射噪音是圖7電纜中的信號電流環路所產生的輻射。這種噪音產生的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比,與頻率的平方成正比,與電流和電流環路的面積成正比。因此,減小這種輻射的方法是在信號輸入端加LC低通濾波器阻止噪音電流流進電纜;使用屏蔽電纜或扁平電纜,在相鄰的導線中傳輸迴流電流和信號電流,使環路面積減小。
    共模傳導噪音是在設備內噪音電壓的驅動下,經過大地與設備之間的寄生電容,在大地與電纜之間流動的噪音電流產生的,如圖9所示。減小共模傳導噪音的方法是在信號線或電源線中串聯共模扼流圈、在地與導線之間並聯電容器、組成LC濾波器進行濾波,濾去共模傳導雜訊。其電路如圖10所示。共模扼流圈是將電源線的零線和火線(或迴流線和信號線)同方向繞在鐵氧體磁芯上構成的,它對線間流動的差模信號電流和電源電流阻抗很小,而對兩根導線與地之間流過的共模電流阻抗則很大。共模輻射噪音是由於電纜埠上有共模電壓,在其驅動下,從大地到電纜之間有共模電流流動而產生的。輻射的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比,(當電纜長度比電流的波長短時)與頻率和電纜的長度成正比。減小這種輻射的方法有:通過在線路板上使用地線面來降低地線阻抗,在電纜的埠處使用LC低通濾波器或共模扼流圈。另外,盡量縮短電纜的長度和使用屏蔽電纜也能減小輻射。
 
 
在有些電路中也可接入圖11所示的抗干擾變壓器來防止差模和共模噪音。
 

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