差模噪声和共模噪声原因与措施

一路上

前言

在 EMC电磁兼容基础知识 部分，解释了电磁干扰，EMI，大致可以分为两种类型，“传导发射”和“辐射发射”。

其中根据传导的类型，传导发射可以进一步分为两种类型：“差分（正常）模式噪声”和“共模噪声”。

一、传导发射分类

传导发射可分为两种类型。一种是“差模噪声”，也称为“正常模式噪声”。这些名称有时会根据适用的条件有选择地使用，但在这里我们假设它们是相同的。另一种是“共模噪声”。如下图所示这里的讨论电源噪声，因此这些图是PCB外部供电的示例。

1. 差模噪音

噪声源出现在电源线上并与电源线串联，并且噪声电流以与电源电流相同的方向流动。它被称为“差分模式”，因为输出和返回电流是相反方向的。

2. 共模噪音

通过杂散电容等泄漏的噪声电流通过地并返回到电源线的噪声。被称为“共模”噪声，因为电源正（+）和负（-）侧的噪声电流方向具有相同的方向。电源线上不会出现噪声电压。

3. 差模和共模噪音对比分析

如上所述，这些类型的噪声是传导发射。然而由于噪声电流在电源线中流动，因此会有辐射产生。

由差模噪声引起的辐射的电场强度Ed可以使用下面的等式表示。Id是差分模式下的噪声电流，r是到观察点的距离，f是噪声频率。差模噪声产生噪声电流环路会放大噪声，因此环路区域S成为重要因素。如图和等式所示，如果其他元素是恒定的，则对于更大的环区域，电场强度更高，但在实际案例中，共模噪声更为常见，所以我们对共模噪声重点讨论。

二、噪声计算

由共模噪声引起的辐射的电场强度Ec可以由右下方的等式表示。如图和方程所示，电缆长度L是一个重要因素。

这里，为了确认由于不同类型的噪声引起的辐射特性，我们将插入实际数值来计算电场强度* 1。每种情况下的条件完全相同。观察到的电场强度由蓝点表示。

在这些计算结果中重要的是，对于相同的噪声电流值，由共模噪声引起的辐射要大得多（在该示例中，大约大100倍）。特别是，在考虑应对辐射发射的措施时，应该记住处理共模噪声的措施尤为重要。

三、噪声处理方法

1. 共模噪声处理方法

当有共模噪声存在时，常用的处理方法有；

可靠接地、高阻抗接地方式；

削弱噪声源（在变频器输出侧加装共模扼流圈是一种经济、有效的方法）；

噪声屏蔽以及电源线屏蔽等。

2. 差模噪声处理方法

在差模噪声的情况下，处理噪声的基本的措施是减小环路面积S；

例如通过使用绞合线缆，尽可能缩短电缆长度。然而，总是会出现对组件的布置和类型的限制，因此还必须研究诸如添加过滤器之类的方法。

结语

为了减小差分模式噪声，我们采取的最基本措施是通过使用双绞线电缆来减小环路面积S，对于共模噪声，尽可能缩短电缆长度。联想在进行PCB布线时，经常看到的一句话就是走线要避免形成大的地环路，其实基于减弱差模噪声干扰的考虑。