什么是共模和差模？

在電磁兼容行業(yè)中，電器設(shè)備的電源線、電話等通信線路，以及與其他設(shè)備或外圍設(shè)備交換的通信線路，至少有兩條線路，這兩條線路作為往返線路輸送電源或信號(hào)，通常有第三導(dǎo)體，這是"地線"。電壓和電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸有兩種形式，一種是兩根導(dǎo)線分別作為往返線路傳輸，我們稱之為"差模"；另一種是兩根導(dǎo)線去路，地線返回傳輸，我們稱之為"共模"。

如上圖所示，藍(lán)色信號(hào)在兩條導(dǎo)線內(nèi)進(jìn)行往返傳輸，我們稱之為"差模"；黃信號(hào)在信號(hào)和地線之間傳輸，我們稱之為"共模"。

共模干擾和差模干擾

任何兩條電源線或通信線上的干擾都可以用共模干擾和差模干擾來(lái)表示:共模干擾在導(dǎo)線和地面(外殼)之間傳輸，屬于不對(duì)稱干擾，定義為任何載流導(dǎo)體和參考地之間不想要的電位差；

差模干擾在兩條導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱干擾，定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間不想要的電位差。一般共模干擾范圍大，頻率高，也可以通過(guò)導(dǎo)線輻射，干擾大。差模干擾范圍小，頻率低，干擾小。

共模干擾信號(hào)

共模干擾的電流大小不一定相等，但方向(相位)相同。電氣設(shè)備的外部干擾主要是共模干擾，外部干擾主要是共模干擾。共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備造成傷害，但如果共模干擾轉(zhuǎn)化為差模干擾，干擾會(huì)嚴(yán)重，因?yàn)橛杏眯盘?hào)是差模信號(hào)。

差模干擾信號(hào)

差模干擾的電流大小相等，方向(相位)相反。差模電流會(huì)轉(zhuǎn)化為共模電流，因?yàn)椴季€的分布電容、電感、信號(hào)布線阻抗不連續(xù)、信號(hào)回流路徑流過(guò)意想不到的通路。

共模干擾的原因

1.電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

2.接地電壓不同，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電位差造成共模干擾。

3.設(shè)備內(nèi)線路對(duì)電源線的共模干擾。

4.輻射干擾(如雷電、設(shè)備電弧、附近電臺(tái)、大功率輻射源)在信號(hào)線上感應(yīng)共模干擾，因?yàn)榻蛔兇艌?chǎng)產(chǎn)生交變電流，地線-零線電路面積與地線-火線電路面積不同，兩個(gè)電路阻抗不同。

共模干擾電流

共模干擾通常以共模干擾電流的形式出現(xiàn)，一般共模干擾電流的原因有三個(gè)：

1.外部電磁場(chǎng)在電路接線中的所有導(dǎo)線上感應(yīng)電壓（該電壓與地球相等），由該電壓產(chǎn)生的電流。

2.由于電路接線兩端設(shè)備連接的地電位不同，在地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的電流。

3.設(shè)備上的電路接線與地面之間存在電位差，使電路接線產(chǎn)生共模干擾電流。

如果設(shè)備在電路線上產(chǎn)生共模干擾電流，電路線會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射，對(duì)電子和電氣產(chǎn)品部件產(chǎn)生電磁干擾，影響產(chǎn)品性能指標(biāo)；此外，當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾電流，差模干擾電流會(huì)直接干擾電路。對(duì)于電子和電氣產(chǎn)品電路中的信號(hào)線及其電路，當(dāng)差模干擾電流通過(guò)電路中的導(dǎo)線環(huán)時(shí)，會(huì)引起差模干擾輻射，相當(dāng)于小環(huán)天線，可以向空間輻射磁場(chǎng)或接收磁場(chǎng)。

如何識(shí)別共模干擾？

1.從頻率判斷：共模干擾主要集中在1MHz以上。這是因?yàn)楣材８蓴_是通過(guò)空間感應(yīng)到電纜的，只有在高頻時(shí)才容易發(fā)生。但有一個(gè)例外，當(dāng)電纜通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)輻射源（如開(kāi)關(guān)電源）時(shí)，也會(huì)感應(yīng)到低頻共模干擾。

2.從干擾源判斷：雷電、附近電弧、附近電臺(tái)或其他大功率輻射裝置對(duì)電纜的干擾為共模干擾。

3.用儀器測(cè)量:只要有頻譜分析儀和電流卡鉗，就可以測(cè)量。判斷步驟如下:

a.將電流卡鉗分別卡在信號(hào)線或地線(火線或零線)上，記錄感應(yīng)頻率(f1)干擾強(qiáng)度。

b.如果能觀察到電流卡鉗同時(shí)卡住信號(hào)線和地線(f1)干擾，然后(f1)干擾中含有共模干擾成分，需要判斷是否只含有共模干擾成分，并采取步驟c的判別。

c.如果兩條線上測(cè)得的卡鉗分別卡住信號(hào)線和地線(f1)如果干擾范圍相同，(f1)干擾僅含共模干擾成分；如果不同，(f1)差模干擾成分也包含在干擾中。

如何抑制共模干擾？

共模干擾EMC干擾中最常見(jiàn)、最有害的干擾是過(guò)濾器，這是抑制和預(yù)防共模干擾的重要措施。過(guò)濾器的功能是允許特定頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而其他頻率的信號(hào)應(yīng)大大抑制。它本質(zhì)上是一個(gè)選頻電路，切斷了沿信號(hào)線或電源線傳輸電磁干擾的路徑。此外，它是壓縮干擾頻譜的有效方法。當(dāng)干擾頻譜不同于有用信號(hào)的頻帶時(shí)，可以使用濾波器過(guò)濾無(wú)用的干擾信號(hào)。因此，正確選擇和使用濾波器對(duì)抑制共模干擾非常重要。

若有用信號(hào)為差模信號(hào)，干擾信號(hào)為共模信號(hào)，則可采用共模電感抑制干擾信號(hào)：

共模電感的原理和抑制干擾

USB傳輸線上的信號(hào)是差分信號(hào)，干擾源是共模干擾信號(hào)。在傳輸線上串聯(lián)共模電感可以更好地抑制共模干擾，而不會(huì)衰減有用的差分信號(hào)。

USB高速運(yùn)行會(huì)在DM/DP信號(hào)線上產(chǎn)生很強(qiáng)的共模干擾

電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號(hào)得到有效抑制

共模電感串入電路。當(dāng)共模干擾電流通過(guò)線圈時(shí)，由于共模干擾電流的同向性，線圈中的同向磁場(chǎng)會(huì)增加線圈的感應(yīng)阻力，使線圈具有較高的阻抗性和較強(qiáng)的阻尼效果，從而衰減共模干擾電流，達(dá)到濾波的目的；當(dāng)電路中的正常差模電流通過(guò)共模電感時(shí)，電流在共模電感線圈中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)并相互抵消，因此對(duì)正常差模電流沒(méi)有衰減效果。

案例USB共模干擾抑制信號(hào)上的方法

USB端口的濾波處理-使用共模電感

如果共模干擾源在電源電路中，可以使用共模電容來(lái)抑制干擾信號(hào)

在電路中引入共模電容時(shí)，共模電容提供最短的路徑，使共模干擾信號(hào)旁路，從而抑制共模干擾的產(chǎn)生。

如果電源電路仍有差模干擾，則使用差模電容器抑制干擾

將差模電容引入電路時(shí)，差模電容提供最短的路徑，使差模干擾信號(hào)旁路，從而抑制差模干擾的產(chǎn)生。

推薦配置如下：