電磁兼容里面的共模干擾和差模干擾是如何產生的

什么是共模和差模？

在電磁兼容行業中，電器設備的電源線、電話等通信線路，以及與其他設備或外圍設備交換的通信線路，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，通常有第三導體，這是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳輸有兩種形式，一種是兩根導線分別作為往返線路傳輸，我們稱之為"差模"；另一種是兩根導線去路，地線返回傳輸，我們稱之為"共模"。

如上圖所示，藍色信號在兩條導線內進行往返傳輸，我們稱之為"差模"；黃信號在信號和地線之間傳輸，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表示:共模干擾在導線和地面(外殼)之間傳輸，屬于不對稱干擾，定義為任何載流導體和參考地之間不想要的電位差；

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

共模干擾信號

共模干擾的電流大小不一定相等，但方向(相位)相同。電氣設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對設備造成傷害，但如果共模干擾轉化為差模干擾，干擾會嚴重，因為有用信號是差模信號。

差模干擾信號

差模干擾的電流大小相等，方向(相位)相反。差模電流會轉化為共模電流，因為布線的分布電容、電感、信號布線阻抗不連續、信號回流路徑流過意想不到的通路。

共模干擾的原因

1.電網串入共模干擾電壓。

2.接地電壓不同，簡單來說就是電位差造成共模干擾。

3.設備內線路對電源線的共模干擾。

4.輻射干擾(如雷電、設備電弧、附近電臺、大功率輻射源)在信號線上感應共模干擾，因為交變磁場產生交變電流，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，一般共模干擾電流的原因有三個：

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

2.由于電路接線兩端設備連接的地電位不同，在地電位差的驅動下產生的電流。

3.設備上的電路接線與地面之間存在電位差，使電路接線產生共模干擾電流。

如果設備在電路線上產生共模干擾電流，電路線會產生強電磁輻射，對電子和電氣產品部件產生電磁干擾，影響產品性能指標；此外，當電路不平衡時，共模干擾電流會轉化為差模干擾電流，差模干擾電流會直接干擾電路。對于電子和電氣產品電路中的信號線及其電路，當差模干擾電流通過電路中的導線環時，會引起差模干擾輻射，相當于小環天線，可以向空間輻射磁場或接收磁場。

如何識別共模干擾？

1.從頻率判斷：共模干擾主要集中在1MHz以上。這是因為共模干擾是通過空間感應到電纜的，只有在高頻時才容易發生。但有一個例外，當電纜通過強磁場輻射源（如開關電源）時，也會感應到低頻共模干擾。

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

3.用儀器測量:只要有頻譜分析儀和電流卡鉗，就可以測量。判斷步驟如下:

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

b.如果能觀察到電流卡鉗同時卡住信號線和地線(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.如果兩條線上測得的卡鉗分別卡住信號線和地線(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、最有害的干擾是過濾器，這是抑制和預防共模干擾的重要措施。過濾器的功能是允許特定頻率的信號順利通過，而其他頻率的信號應大大抑制。它本質上是一個選頻電路，切斷了沿信號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。當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時，可以使用濾波器過濾無用的干擾信號。因此，正確選擇和使用濾波器對抑制共模干擾非常重要。

若有用信號為差模信號，干擾信號為共模信號，則可采用共模電感抑制干擾信號：

共模電感的原理和抑制干擾

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

USB高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模干擾

電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號得到有效抑制

共模電感串入電路。當共模干擾電流通過線圈時，由于共模干擾電流的同向性，線圈中的同向磁場會增加線圈的感應阻力，使線圈具有較高的阻抗性和較強的阻尼效果，從而衰減共模干擾電流，達到濾波的目的；當電路中的正常差模電流通過共模電感時，電流在共模電感線圈中產生反向磁場并相互抵消，因此對正常差模電流沒有衰減效果。

案例USB共模干擾抑制信號上的方法