1导言
了解共模和差模信号之间的不同，对正确理解脉冲磁路和作业模块之间的联系是至关重要的。变压器、共模扼流圈和自耦变压器的端接法，对在局域网（LAN）和通讯接口电路中减小共模搅扰起要害效果。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的通讯体系中，是引起射频搅扰的首要因素，所以了解共模噪音将有利于更好地了解咱们关怀的磁性界面的电磁兼容观点。本文的首要意图是论述差模和共模信号的要害特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法首要用途，以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射。在介绍这些信号特色的一起，还介绍了按捺一般噪音常用的办法。
图1差模信号
图2差模信号的波形图
2差模和共模信号
咱们研讨简略的两线电缆，在它的终端接有负载阻抗。每一线对地的电压用符号V1和V2来表明。差模信号重量是VDIFF，共模信号重量是VCOM，电缆和地之间存在的寄生电容是Cp。其电路如图1所示，其波形如图2所示。
2．1差模信号
纯差模信号是：V1=－V2（1）
巨细持平，相位差是180°
VDIFF=V1－V2（2）
因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过。一切的差模电流（IDIFF）全流过负载。
在以电缆传输信号时，差模信号是作为带着信息“想要”的信号。局域网（LAN）和通讯中运用的无线收发机的结构中装置的都是差模器材。两个电压（V1＋V2）瞬时值之和总是等于零。
2．2共模信号
纯共模信号是：
V1=V2=VCOM（3）
巨细持平，相位差为0°
V3=0（4）
共模信号的电路如图3所示，其波形如图4所示。
因为在负载两头没有电位差，所以没有电流流过负载。一切的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时，因为共模信号不带着信息，所以它是“不想要”的信号。
图3共模信号
图4共模信号的波形图
图5无屏蔽对绞线体系中的差模信号
图6无屏蔽对绞线体系中的共模信号
两个电压瞬时值之和（V1＋V2）不等于零。相关于地而言，每一电缆上都有改变的电位差。这改变的电位差就会从电缆上发射电磁波。
3差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中的EMC
在对绞电缆线中的每一根导线是以双螺旋形结构彼此环绕着。流过每根导线的电流所发生的磁场受螺旋形的约束。流过对绞线中每一根导线的电流方向，决议每对导线发射噪音的程度。在每对导线上流过差模和共模电流所引起的发射程度是不同的，差模电流引起的噪音发射是较小的，所以噪音首要是由共模电流决议。
3．1对绞线中的差模信号
对纯差模信号而言，它在每一根导线上的电流是以相反方向在一对导线上传送。假如这一对导线是均匀的环绕，这些相反的电流就会发生巨细持平，反向极化的磁场，使它的输出彼此抵消。在无屏蔽对绞线体系中的差模信号如图5所示。
在无屏蔽对绞线中，不含噪音的差模信号不发生射频搅扰。
3．2对绞线中的共模信号
共模电流ICOM在两根导线上以相同方向活动，并通过寄生电容Cp到地回来。在这种状况下，电流发生巨细持平极性相同的磁场，它们的输出不能彼此抵消。如图6所示，共模电流在对绞线的外表发生一个电磁场，它的效果正如天线相同。
在无屏蔽对绞线中，共模信号发生射频搅扰。
3．3电缆线上发生的共模、差模噪音及其EMC
电子设备中电缆线上的噪音有从电源电缆和信号电缆上发生的辐射噪音和传导噪音两大类。这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种［1］。
差模传导噪音是电子设备内部噪音电压发生的与信号电流或电源电流相同途径的噪音电流，如图7所示。减小这种噪音的办法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器，来减小高频的噪音，如图8所示。
差模辐射噪音是图7电缆中的信号电流环路所发生的辐射。这种噪音发生的电场强度与电缆到观测点的距
离成反比，与频率的平方成正比，与电流和电流环路的面积成正比。因而，减小这种辐射的办法是在信号输入端加LC低通滤波器阻挠噪音电流流进电缆；运用屏蔽电缆或扁平电缆，在相邻的导线中传输回流电流和信号电流，使环路面积减小。
共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下，通过大地与设备之间的寄生电容，在大地与电缆之间活动的噪音电流发生的，如图9所示。减小共模传导噪音的办法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波，滤去共模传导噪声。其电路如图10所示。共模扼流圈是将电源线的零线和前方（或回流线和信号线）同方向绕在铁氧体磁芯上构成的，它对线间活动的差模信号电流和电源电流阻抗很小，而对两根导线与地之间流过的共模电流阻抗则很大。
共模辐射噪音是因为电缆端口上有共模电压，在其驱动下，从大地到电缆之间有共模电流活动而发生的。辐射的电场强度与电缆到观测点的间隔成反比，（当电缆长度比电流的波长短时）与频率和电缆的长度成正比。减小这种辐射的办法有：通过在线路板上运用地线面来下降地线阻抗，在电缆的端口处运用LC低通滤波器或共模扼流圈。别的，尽量缩短电缆的长度和运用屏蔽电缆也能减小辐射。
在有些电路中也可接入图11所示的抗搅扰变压器来避免差模和共模噪音。
4变压器与噪音传导
抱负变压器理论上是完美的电路元件，它能用完美的磁耦合在初级和次级绕组之间传送电能。抱负变压器只能传送交变的差模电流。它不能传送共模电流，因为共模电流在变压器绕组两头的电位差为零，不能在变压器绕组上发生磁场。
实践变压器初级和次级绕组之间有一个很小但不等于零的耦合电容CWW，见图12。这个电容是绕组之间存在非电介质和物理空地所发生的。添加绕组之间的空地和用低介电常数的资料填满绕组之间的空间就能减小绕组之间电容的数值。
电容Cww为共模电流供给一条穿过变压器的通道，其阻抗是由电容量的巨细和信号频率来决议的。
5共模扼流圈
关于抱负的单磁芯、双绕组的共模扼流圈，将不考虑在实践扼流圈中或多或少存在的杂散阻抗（Cww，DCR，Cp等）的影响。这样的假设是合理的，因为一个好的扼流圈规划，它的杂散阻抗和电路的源阻抗、负载阻抗比较是能够疏忽的。
5．1抱负共模扼流圈对差模信号的效应
差模电流以相反的方向流过共模扼流圈的绕阻，树立巨细持平，极性相反的磁场，它能使输出彼此抵消，见图13。这就使共模扼流圈对差模信号的阻抗为零。差模信号能不受阻地通过共模扼流圈。
5．2抱负共模扼流圈对共模信号的效应
共模电流以相同的方向流过共模扼流圈绕组的每一边，见图14，它树立巨细持平相位相同的相加磁场。这一成果就使共模扼流圈对共模信号呈现高阻抗，使通过共模扼流圈的共模电流大大地削弱。实践削弱量（或共模按捺量）取决于共模扼流圈阻抗和负载阻抗巨细之比。
6有中心抽头的自耦变压器
自耦变压器是以定向电流传递办法完成能量传输的。关于抱负的自耦变压器［2］，不考虑实践或多或少存在的杂散阻抗（Cww，DCR，Cp等）的影响。这样的假设是合理的，因为一个好的自耦变压器规划，它的杂散阻抗和电路的源阻抗、负载阻抗比较是能够疏忽的。
6．1抱负自耦变压器对差模信号的效应
从差模信号看，有中心抽头的自耦变压器是两个在相位上相同的对分绕组，见图15。这就意味差模电流在其中所构成的磁场，会使其对差模电流呈现高阻抗。相当于对差模信号并联了一个高阻值的阻抗，它对差模信号的巨细没有影响。
6．2抱负自耦变压器对共模信号的效应
从共模信号看，有中心抽头的自耦变压器是两个在相位上相反的对分绕组，见图16。这就意味共模电流在其中会构成巨细持平相位相反的磁场，这一磁场会使共模电流的输出彼此抵消。对共模信号呈现零阻抗效应，使共模信号直接短路到地。
7减小电磁搅扰的一些常用办法
一般都是在电路规划、印制板布线上想办法来减小电磁搅扰或在机箱上添加屏蔽、选用有中心线的共模扼流圈等办法来减小电磁搅扰。
7．1屏蔽
用金属资料将机箱内部发生的噪音关闭起来的办法称为屏蔽。屏蔽对避免外部噪音进入机箱也是相同有用的。电场屏蔽和磁场屏蔽的办法是不同的。
电场屏蔽是用导体将噪音源包围起来，然后接地，就能到达屏蔽的意图。因为导体外表的反射损耗很大，因而很薄的资料（铝箔、铜箔）也有很好的屏蔽效果。别的，机箱上即便有缝隙，也不会发生太大的影响。
磁场屏蔽首要用来屏蔽低频磁场的搅扰，这种搅扰是由沟通电流或直流电流发生的。例如，感应炼钢炉中有数万安培的电流通过，在炉周围发生很强的磁场，这个强磁场会使操控体系中的磁敏器材失灵。最常见的磁敏器材是五颜六色CRT显现器，在磁场的效果下，显现器屏幕上的图象色彩会失真，图象会发生颤动，导致显现质量严峻下降，乃至无法运用。低频磁场往往随间隔的添加而衰减很快，因而在许多场合，将磁敏器材远离磁场源是减小磁场搅扰的非常有用的办法。但当空间的约束而无法采纳这个办法时，屏蔽也是一个非常有用的办法。要留意的是，低频磁场屏蔽与射频磁场屏蔽是彻底不同的，射频磁场的屏蔽运用导电率高的资料如铍铜复合资料、银、锡或铝等资料，把它彻底关闭起来，就能够了。但这些资料对低频磁场没有任何屏蔽效果。只要高导磁率的铁磁合金才干屏蔽直流磁场或低频磁场。
依据电磁屏蔽的基本原理，低频磁场因为其频率低，吸收损耗很小，趋肤效应很小，而且因为其波阻抗很低，反射损耗也很小，因而单纯靠反射和吸收很难取得需求的屏蔽效果。对这种低频磁场，要通过运用高导磁率资料为磁场供给一条磁阻很低的旁路来完成屏蔽，这样空间的磁场便会会集在屏蔽资猜中，然后使磁敏器材免受磁场搅扰。
高导磁率资料在机械的冲击下会极大地丢失磁性，导致屏蔽效能下降。因而，屏蔽体在通过机械加工（如折弯、焊接、敲击、钻孔等）后，有必要通过热处理以康复磁性。热处理要在特定条件下进行，一般要在枯燥氢气炉中以必定的速率加热到1177℃，坚持4个小时，然后以必定的速率下降到室温。
在对拼衔接处进行焊接时，要运用屏蔽资料母料做焊接填充料，这样能够确保焊缝处的高导磁率。假如屏蔽效能要求较低，也能够选用铆接或点焊的办法固定，但要留意拼接处的屏蔽资料要有必定的堆叠，以确保磁路上较小的磁阻。
当需求屏蔽的磁场很强时，仅用单层屏蔽资料，达不到屏蔽要求。这时，一种办法是添加资料的厚度。但更有用的办法是运用组合屏蔽，将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内，它们之间留有气隙。气隙内能够填充任何非导磁资料（如铝）做支撑。组合屏蔽的屏蔽效果比单个屏蔽体高得多，因而组合屏蔽能够将磁场衰减到很低的程度。
7．2电路规划
因为时钟频率越高，高频能量的发射越强，因而在数字电路中不要运用过高的时钟频率。印制板上的总线、较大的环路面积和较长的导线都是强辐射源，因而，除非必要，要尽量避免这些状况的呈现。运用大规模集成电路能够大幅度削减印制板上的走线，然后减小辐射。在选用集成电路时，也有些问题需求留意。例如，高速肖特基电路因为脉冲上升时间很短，因而会在很高的频率规模内发生发射。在功用答应的条件下，尽量运用标准型电路。电路设计时要最大极限地坚持数字线和信号线别离。信号通道有必要远离输入输出线以避免数字线上开关噪音辐射到信号线上。
7．3印制板的规划
在印制板上适宜的放置元器材与合理的组织印制板走线是很要害的。有些元器材，特别是磁性元件（如滤波器）在一个方向比其它方向可能有更大的磁场。元器材彼此之间成90°放置，磁场彼此抵消并减小噪音辐射。开关器材远离磁性元件也能减小噪音辐射。印制板上的走线也是首要的辐射源。走线发生辐射首要是因为逻辑电路中电流的骤变，在走线的电感上发生感应电压，这个电压会发生较强的噪音辐射。别的，因为走线起着发射天线的效果，因而走线的长度越长，辐射的噪音越多。短的走线比长的走线辐射少。粗的走线比细的走线噪音辐射少。所以使走线尽可能地短，然后把走线的自感减到最小是很必要的。
7．4选用有中心线的共模扼流圈
削减和改进噪音的另一种办法，特别是对高频段，是在传输频道上用有中心线的共模扼流圈，如图17所示。
共模扼流圈的耦合电容对中心线的每一边是对称的。变压器的次级具有分路，这分路有助于变压器的次级绕组的分布电容更好地操控传输频道上的回来损耗。它还能够在高频段供给一阻尼的下凹，其频率规模呈现在（700～900）MHz之间，这个规模也能够进行操控，典型的呼应曲线见图18。
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