中心議題：

• 差模信號和共模信號的介紹
• 差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC
• 變壓器與噪音傳導
• 共模扼流圈
• 有中心抽頭的自耦變壓器
• 減小電磁幹擾的一些常用方法

解決方案：

• 屏蔽
• 電路設計
• 印製板的設計
• 采用有中心線的共模扼流圈

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，對在局域網（LAN）和通信接口電路中減小共模幹擾起關鍵作用。共模噪音在用無屏蔽對絞電纜線xian的de通tong信xin係xi統tong中zhong，是shi引yin起qi射she頻pin幹gan擾rao的de主zhu要yao因yin素su，所suo以yi了le解jie共gong模mo噪zao音yin將jiang有you利li於yu更geng好hao地di了le解jie我wo們men關guan心xin的de磁ci性xing界jie麵mian的de電dian磁ci兼jian容rong論lun點dian。本ben文wen的de主zhu要yao目mu的de是shi闡chan述shu差cha模mo和he共gong模mo信xin號hao的de關guan鍵jian特te性xing和he共gong模mo扼e流liu圈quan、zioubianyaqiduanjiefazhuyaoyongtu，yijiweishenmegongmoxinhaozaiwupingbiduijiaodianlanxianshanghuiyinqizaoyinfashe。zaijieshaozhexiexinhaotediandetongshi，haijieshaoleyizhiyibanzaoyinchangyongdefangfa。

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。局域網（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(yin)為(wei)在(zai)負(fu)載(zai)兩(liang)端(duan)沒(mei)有(you)電(dian)位(wei)差(cha)，所(suo)以(yi)沒(mei)有(you)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)負(fu)載(zai)。所(suo)有(you)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)都(dou)通(tong)過(guo)電(dian)纜(lan)和(he)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)流(liu)向(xiang)地(di)線(xian)。在(zai)以(yi)電(dian)纜(lan)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)時(shi)，因(yin)為(wei)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)不(bu)攜(xie)帶(dai)信(xin)息(xi)，所(suo)以(yi)它(ta)是(shi)“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。
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3 差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC

在zai對dui絞jiao電dian纜lan線xian中zhong的de每mei一yi根gen導dao線xian是shi以yi雙shuang螺luo旋xuan形xing結jie構gou相xiang互hu纏chan繞rao著zhe。流liu過guo每mei根gen導dao線xian的de電dian流liu所suo產chan生sheng的de磁ci場chang受shou螺luo旋xuan形xing的de製zhi約yue。流liu過guo對dui絞jiao線xian中zhong每mei一yi根gen導dao線xian的de電dian流liu方fang向xiang，決jue定ding每mei對dui導dao線xian發fa射she噪zao音yin的de程cheng度du。在zai每mei對dui導dao線xian上shang流liu過guo差cha模mo和he共gong模mo電dian流liu所suo引yin起qi的de發fa射she程cheng度du是shi不bu同tong的de，差cha模mo電dian流liu引yin起qi的de噪zao音yin發fa射she是shi較jiao小xiao的de，所suo以yi噪zao音yin主zhu要yao是shi由you共gong模mo電dian流liu決jue定ding。

3．1 對絞線中的差模信號
對(dui)純(chun)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)而(er)言(yan)，它(ta)在(zai)每(mei)一(yi)根(gen)導(dao)線(xian)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)以(yi)相(xiang)反(fan)方(fang)向(xiang)在(zai)一(yi)對(dui)導(dao)線(xian)上(shang)傳(chuan)送(song)。如(ru)果(guo)這(zhe)一(yi)對(dui)導(dao)線(xian)是(shi)均(jun)勻(yun)的(de)纏(chan)繞(rao)，這(zhe)些(xie)相(xiang)反(fan)的(de)電(dian)流(liu)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)小(xiao)相(xiang)等(deng)，反(fan)向(xiang)極(ji)化(hua)的(de)磁(ci)場(chang)，使(shi)它(ta)的(de)輸(shu)出(chu)互(hu)相(xiang)抵(di)消(xiao)。在(zai)無(wu)屏(ping)蔽(bi)對(dui)絞(jiao)線(xian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)如(ru)圖(tu)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幹擾。

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麵產生一個電磁場，它的作用正如天線一樣。

在無屏蔽對絞線中
，共模信號產生射頻幹擾。

3．3 電纜線上產生的共模
、差模噪音及其EMC
電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)電(dian)纜(lan)線(xian)上(shang)的(de)噪(zao)音(yin)有(you)從(cong)電(dian)源(yuan)電(dian)纜(lan)和(he)信(xin)號(hao)電(dian)纜(lan)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)輻(fu)射(she)噪(zao)音(yin)和(he)傳(chuan)導(dao)噪(zao)音(yin)兩(liang)大(da)類(lei)。這(zhe)兩(liang)大(da)類(lei)中(zhong)又(you)分(fen)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)音(yin)和(he)差(cha)模(mo)噪(zao)音(yin)兩(liang)種(zhong)。

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dian纜lan中zhong的de信xin號hao電dian流liu環huan路lu所suo產chan生sheng的de輻fu射she。這zhe種zhong噪zao音yin產chan生sheng的de電dian場chang強qiang度du與yu電dian纜lan到dao觀guan測ce點dian的de距ju離li成cheng反fan比bi，與yu頻pin率lv的de平ping方fang成cheng正zheng比bi，與yu電dian流liu和he電dian流liu環huan路lu的de麵mian積ji成cheng正zheng比bi。因yin此ci，減jian小xiao這zhe種zhong輻fu射she的de方fang法fa是shi在zai信xin號hao輸shu入ru端duan加jiaLC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回流電流和信號電流

，使環路麵積減小。

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，濾去共模傳導噪聲。其電路如圖10所示。共模扼流圈是將電源線的零線和火線（或回流線和信號線）同(tong)方(fang)向(xiang)繞(rao)在(zai)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin)上(shang)構(gou)成(cheng)的(de)
，它(ta)對(dui)線(xian)間(jian)流(liu)動(dong)的(de)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)源(yuan)電(dian)流(liu)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao)，而(er)對(dui)兩(liang)根(gen)導(dao)線(xian)與(yu)地(di)之(zhi)間(jian)流(liu)過(guo)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)阻(zu)抗(kang)則(ze)很(hen)大(da)。

gongmofushezaoyinshiyouyudianlanduankoushangyougongmodianya，zaiqiqudongxia，congdadidaodianlanzhijianyougongmodianliuliudongerchanshengde。fushededianchangqiangduyudianlandaoguancediandejulichengfanbi，（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麵來降低地線阻抗，在電纜的端口處使用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。
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在有些電路中也可接入圖11所示的抗幹擾變壓器來防止差模和共模噪音。

4 變壓器與噪音傳導

理li想xiang變bian壓ya器qi理li論lun上shang是shi完wan美mei的de電dian路lu元yuan件jian
，它ta能neng用yong完wan美mei的de磁ci耦ou合he在zai初chu級ji和he次ci級ji繞rao組zu之zhi間jian傳chuan送song電dian能neng。理li想xiang變bian壓ya器qi隻zhi能neng傳chuan送song交jiao變bian的de差cha模mo電dian流liu。它ta不bu能neng傳chuan送song共gong模mo電dian流liu，因yin為wei共gong模mo電dian流liu在zai變bian壓ya器qi繞rao組zu兩liang端duan的de電dian位wei差cha為wei零ling，不bu能neng在zai變bian壓ya器qi繞rao組zu上shang產chan生sheng磁ci場chang。

實際變壓器初級和次級繞組之間有一個很小但不等於零的耦合電容CWW，見圖12。這zhe個ge電dian容rong是shi繞rao組zu之zhi間jian存cun在zai非fei電dian介jie質zhi和he物wu理li間jian隙xi所suo產chan生sheng的de。增zeng加jia繞rao組zu之zhi間jian的de空kong隙xi和he用yong低di介jie電dian常chang數shu的de材cai料liao填tian滿man繞rao組zu之zhi間jian的de空kong間jian就jiu能neng減jian小xiao繞rao組zu之zhi間jian電dian容rong的de數shu值zhi。

電容Cww為共模電流提供一條穿過變壓器的通道
，其阻抗是由電容量的大小和信號頻率來決定的。

5 共模扼流圈

對於理想的單磁芯、雙繞組的共模扼流圈，將不考慮在實際扼流圈中或多或少存在的雜散阻抗（Cww，DCR，Cp等）的影響。這樣的假設是合理的，因為一個好的扼流圈設計


，它的雜散阻抗和電路的源阻抗、負載阻抗相比是可以忽略的。

5．1 理想共模扼流圈對差模信號的效應
差模電流以相反的方向流過共模扼流圈的繞阻，建立大小相等，極性相反的磁場，它能使輸出相互抵消，見圖13。這就使共模扼流圈對差模信號的阻抗為零。差模信號能不受阻地通過共模扼流圈。

5．2 理想共模扼流圈對共模信號的效應
共模電流以相同的方向流過共模扼流圈繞組的每一邊，見圖14
，它ta建jian立li大da小xiao相xiang等deng相xiang位wei相xiang同tong的de相xiang加jia磁ci場chang。這zhe一yi結jie果guo就jiu使shi共gong模mo扼e流liu圈quan對dui共gong模mo信xin號hao呈cheng現xian高gao阻zu抗kang
，使shi通tong過guo共gong模mo扼e流liu圈quan的de共gong模mo電dian流liu大da大da地di減jian弱ruo。實shi際ji減jian弱ruo量liang（或共模抑製量）取決於共模扼流圈阻抗和負載阻抗大小之比。

6 有中心抽頭的自耦變壓器

自耦變壓器是以定向電流傳遞方式實現能量傳輸的。對於理想的自耦變壓器，不考慮實際或多或少存在的雜散阻抗（Cww，DCR，Cp等）的影響。這樣的假設是合理的
，因為一個好的自耦變壓器設計，它的雜散阻抗和電路的源阻抗
、負載阻抗相比是可以忽略的。

6．1 理想自耦變壓器對差模信號的效應
從差模信號看
，有中心抽頭的自耦變壓器是兩個在相位上相同的對分繞組，見圖15。這zhe就jiu意yi味wei差cha模mo電dian流liu在zai其qi中zhong所suo形xing成cheng的de磁ci場chang

，會hui使shi其qi對dui差cha模mo電dian流liu呈cheng現xian高gao阻zu抗kang。相xiang當dang於yu對dui差cha模mo信xin號hao並bing聯lian了le一yi個ge高gao阻zu值zhi的de阻zu抗kang，它ta對dui差cha模mo信xin號hao的de大da小xiao沒mei有you影ying響xiang。

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6．2 理想自耦變壓器對共模信號的效應
從共模信號看，有中心抽頭的自耦變壓器是兩個在相位上相反的對分繞組，見圖16。zhejiuyiweigongmodianliuzaiqizhonghuixingchengdaxiaoxiangdengxiangweixiangfandecichang

，zheyicichanghuishigongmodianliudeshuchuhuxiangdixiao。duigongmoxinhaochengxianlingzukangxiaoying，shigongmoxinhaozhijieduanludaodi。

7 減小電磁幹擾的一些常用方法

通常都是在電路設計、印製板布線上想辦法來減小電磁幹擾或在機箱上增加屏蔽、采用有中心線的共模扼流圈等方法來減小電磁幹擾。

7．1 屏蔽
用yong金jin屬shu材cai料liao將jiang機ji箱xiang內nei部bu產chan生sheng的de噪zao音yin封feng閉bi起qi來lai的de方fang法fa稱cheng為wei屏ping蔽bi。屏ping蔽bi對dui防fang止zhi外wai部bu噪zao音yin進jin入ru機ji箱xiang也ye是shi同tong樣yang有you效xiao的de。電dian場chang屏ping蔽bi和he磁ci場chang屏ping蔽bi的de方fang法fa是shi不bu同tong的de。

電場屏蔽是用導體將噪音源包圍起來，然後接地
，就能達到屏蔽的目的。由於導體表麵的反射損耗很大，因此很薄的材料（鋁箔
、銅箔）也有很好的屏蔽效果。另外，機箱上即使有縫隙，也不會產生太大的影響。

cichangpingbizhuyaoyonglaipingbidipincichangdeganrao，zhezhongganraoshiyoujiaoliudianliuhuozhiliudianliuchanshengde。liru，ganyingliangangluzhongyoushuwananpeidedianliutongguo
，zailuzhouweichanshenghenqiangdecichang，zhegeqiangcichanghuishikongzhixitongzhongdeciminqijianshiling。zuichangjiandeciminqijianshicaiseCRTxianshiqi，zaicichangdezuoyongxia
，xianshiqipingmushangdetuxiangyansehuishizhen
，tuxianghuichanshengdoudong
，daozhixianshizhiliangyanzhongjiangdi
，shenzhiwufashiyong。dipincichangwangwangsuijulidezengjiaershuaijianhenkuai，yincizaihenduochanghe，jiangciminqijianyuanlicichangyuanshijianxiaocichangganraodeshifenyouxiaodecuoshi。dandangkongjiandexianzhierwufacaiquzhegefangfashi
，pingbiyeshiyigeshifenyouxiaodecuoshi。yaozhuyideshi，dipincichangpingbiyushepincichangpingbishiwanquanbutongde，shepincichangdepingbishiyongdaodianlvgaodecailiaorupitongfuhecailiao、銀
、錫xi或huo鋁lv等deng材cai料liao，把ba它ta完wan全quan封feng閉bi起qi來lai，就jiu可ke以yi了le。但dan這zhe些xie材cai料liao對dui低di頻pin磁ci場chang沒mei有you任ren何he屏ping蔽bi作zuo用yong。隻zhi有you高gao導dao磁ci率lv的de鐵tie磁ci合he金jin才cai能neng屏ping蔽bi直zhi流liu磁ci場chang或huo低di頻pin磁ci場chang。

根gen據ju電dian磁ci屏ping蔽bi的de基ji本ben原yuan理li

，低di頻pin磁ci場chang由you於yu其qi頻pin率lv低di，吸xi收shou損sun耗hao很hen小xiao，趨qu膚fu效xiao應ying很hen小xiao
，並bing且qie由you於yu其qi波bo阻zu抗kang很hen低di
，反fan射she損sun耗hao也ye很hen小xiao，因yin此ci單dan純chun靠kao反fan射she和he吸xi收shou很hen難nan獲huo得de需xu要yao的de屏ping蔽bi效xiao果guo。對dui這zhe種zhong低di頻pin磁ci場chang，要yao通tong過guo使shi用yong高gao導dao磁ci率lv材cai料liao為wei磁ci場chang提ti供gong一yi條tiao磁ci阻zu很hen低di的de旁pang路lu來lai實shi現xian屏ping蔽bi，這zhe樣yang空kong間jian的de磁ci場chang便bian會hui集ji中zhong在zai屏ping蔽bi材cai料liao中zhong

，從cong而er使shi磁ci敏min器qi件jian免mian受shou磁ci場chang幹gan擾rao。

高導磁率材料在機械的衝擊下會極大地損失磁性，導致屏蔽效能下降。因此，屏蔽體在經過機械加工（如折彎、焊接
、敲擊、鑽孔等）後，必須經過熱處理以恢複磁性。熱處理要在特定條件下進行，一般要在幹燥氫氣爐中以一定的速率加熱到1177℃，保持4個小時，然後以一定的速率降低到室溫。

在zai對dui拚pin連lian接jie處chu進jin行xing焊han接jie時shi，要yao使shi用yong屏ping蔽bi材cai料liao母mu料liao做zuo焊han接jie填tian充chong料liao，這zhe樣yang可ke以yi保bao證zheng焊han縫feng處chu的de高gao導dao磁ci。如ru果guo屏ping蔽bi效xiao能neng要yao求qiu較jiao低di
，也ye可ke以yi采cai用yong鉚mao接jie或huo點dian焊han的de方fang式shi固gu定ding，但dan要yao注zhu意yi拚pin接jie處chu的de屏ping蔽bi材cai料liao要yao有you一yi定ding的de重zhong疊die，以yi保bao證zheng磁ci路lu上shang較jiao小xiao的de磁ci阻zu。

dangxuyaopingbidecichanghenqiangshi，jinyongdancengpingbicailiao，dabudaopingbiyaoqiu。zheshi，yizhongfangfashizengjiacailiaodehoudu。dangengyouxiaodefangfashishiyongzuhepingbi，jiangyigepingbitifangzailingyigepingbitinei
，tamenzhijianliuyouqixi。qixineikeyitianchongrenhefeidaocicailiao（如鋁）做支撐。組合屏蔽的屏蔽效果比單個屏蔽體高得多

，因此組合屏蔽能夠將磁場衰減到很低的程度。

7．2 電路設計
由於時鍾頻率越高
，高頻能量的發射越強，因此在數字電路中不要使用過高的時鍾頻率。印製板上的總線、jiaodadehuanlumianjihejiaochangdedaoxiandoushiqiangfusheyuan，yinci
，chufeibiyao，yaojinliangbimianzhexieqingkuangdechuxian。shiyongdaguimojichengdianlunenggoudafudujianshaoyinzhibanshangdezouxian，congerjianxiaofushe。zaixuanyongjichengdianlushi，yeyouxiewentixuyaozhuyi。liru，gaosuxiaotejidianluyouyumaichongshangshengshijianhenduan，yincihuizaihengaodepinlvfanweineichanshengfashe。zaigongnengyunxudetiaojianxia，jinliangshiyongbiaozhunxingdianlu。dianlushejishiyaozuidaxiandudibaochishuzixianhexinhaoxianfenli。xinhaotongdaobixuyuanlishurushuchuxianyifangzhishuzixianshangkaiguanzaoyinfushedaoxinhaoxianshang。

7．3 印製板的設計
在印製板上合適的放置元器件與合理的安排印製板走線是很關鍵的。有些元器件，特別是磁性元件（如濾波器）在一個方向比其它方向可能有更大的磁場。元器件相互之間成90°fangzhi，cichangxianghudixiaobingjianxiaozaoyinfushe。kaiguanqijianyuanlicixingyuanjianyenengjianxiaozaoyinfushe。yinzhibanshangdezouxianyeshizhuyaodefusheyuan。zouxianchanshengfushezhuyaoshiyouyuluojidianluzhongdianliudetubian，zaizouxiandedianganshangchanshengganyingdianya，zhegedianyahuichanshengjiaoqiangdezaoyinfushe。lingwai，youyuzouxianqizhefashetianxiandezuoyong
，yincizouxiandechangduyuechang，fushedezaoyinyueduo。duandezouxianbichangdezouxianfusheshao。cudezouxianbixidezouxianzaoyinfusheshao。suoyishizouxianjinkenengdiduan
，congerbazouxiandeziganjiandaozuixiaoshihenbiyaode。

7．4 采用有中心線的共模扼流圈
減少和改善噪音的另一種方法
，特別是對高頻段
，是在傳輸頻道上用有中心線的共模扼流圈

，如圖17所示。

共gong模mo扼e流liu圈quan的de耦ou合he電dian容rong對dui中zhong心xin線xian的de每mei一yi邊bian是shi對dui稱cheng的de。變bian壓ya器qi的de次ci級ji具ju有you分fen路lu，這zhe分fen路lu有you助zhu於yu變bian壓ya器qi的de次ci級ji繞rao組zu的de分fen布bu電dian容rong更geng好hao地di控kong製zhi傳chuan輸shu頻pin道dao上shang的de返fan回hui損sun耗hao。它ta還hai可ke以yi在zai高gao頻pin段duan提ti供gong一yi阻zu尼ni的de下xia凹ao，其qi頻pin率lv範fan圍wei出chu現xian在zai(700～900)MHz之間，這個範圍也可以進行控製，典型的響應曲線見圖18。