电磁干扰(emi)共模和差模信号与滤波

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1、电磁干扰(EMI)共模和差模信号与滤波  摘要    介绍了共模、差模信号的关键特性及其抑制方法，以及滤波器的工作原理及其应用电路。    CommonModeandDifferentialModeSignalsandFilter    Abstract:Thekeycharacterisicsofcommonmodeanddifferentialmodesignalsaswellasthemethodofrejectionwaspresented.Theprinciploffilterwasintroducedandtheapplicatio

2、ncircuitwasgiven.    一.概述    随着微电子技术的发展和应用，电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。抑制电磁干扰应用包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。而干扰源的传输途经分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz—30MHz，仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。为此了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。在抑制电磁干扰的各项技术中，采用滤波技术对局域网（LAN）、通信接口电

3、路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用，是微电子装置系统设计中的一个重要环节。    二.差模信号和共模信号    差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是V1=-V2，其大小相等，相位相差180o，VDIFF=V1-V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，差模信号的电路如图1所示。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向

4、与信号电流方形一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这样的干扰一般难以抑制。    共模信号又称为对地感应信号或不对称信号，共模信号分量是Vcom，纯共模信号是：Vcom=V1=V2，大小相等，相位差为0o。V3=0。共模信号的电路如图表2所示。干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，原则上讲，这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。    三.滤波器    滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号

5、及信号传输线上感应的各种干扰。滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。交流电源滤波器大量应用在开关电源的系统中，既可以抑制外来的高频干扰，还可以抑制开关电源向外发送的干扰。来自工频电源或雷击等瞬变干扰，经电源线侵入电子设备，这种干扰以共模和差模方式传播，可用电源滤波器滤除。在滤波电路中，有很多专用的滤波元件（如铁氧体磁环），他们能够改善电路的滤波特性，恰当地设计和使用滤波器是抗干扰技术的重要手段。例如开关电源通过传导和辐射出的噪声有差模和共模之分，差模噪声采用л型滤波器抑制，如图3所示。    图3(a)中，LD为滤波扼流圈。

6、若要对共模噪声有抑制能力，应采用如图3(b)所示的滤波电路。图3(b)中，Lc为滤波扼流圈。由于Lc的两个线圈绕向一致，当电源输入电流流过Lc时，所产生的磁场可以抵消，相当于没有电感效应，因此，它使用磁导率高的磁芯。Lc对共模噪声来说相当于一个大电感，能有效抑制共模噪声。开关电源输入端分别对地并接的电容CY对共模噪声起抑制作用。R为Cx的放电电阻，它是VDE-0806和IEC-380安全技术标准所推荐的。图3(b)中各元件参数范围为：Cx=0.1—2.0uF。CY=2.0nF—33nF。Lc=几—几十mH，随工作电流不同而取不同的参数值，如电流

7、为25A时Lc=1.8mH。电流为0.3A时，Lc=47mH。另外在滤波元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。.    图4所示的滤波器可进一步提高对共模噪声的抑制能力。Cx上除加有电源电压外，还会叠加上相线和零线之间存在的各种电磁干扰峰值电压。为保证电容器失效后，不危及人身安全，并考虑到应用中最坏的情况，Cx安全等级分为两类，即X1和X2类，X1等级用于设备的峰值电压大于1.2kV场合，X2类用于设备峰值电压小于1.2kV的一般场合。另外，通过限制CY的容量可达到控制在规定电压频率作用下，流过该电容器的漏电流的大小

8、。若为装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应小于1mA，若为装设在位置固定且接地的设备上的滤波器的交流漏电流应小于3.5mA，再根据漏电流Ii的要