共模和差模信號及其噪音抑制

圖6無屏蔽對絞線系統中的共模信號

兩個電壓瞬時值之和（V1＋V2）不等于零。相對于地而言，每一電纜上都有變化的電位差。這變化的電位差就會從電纜上發射電磁波。

3差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC

在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺旋形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導線的電流方向，決定每對導線發射噪音的程度。在每對導線上流過差模和共模電流所引起的發射程度是不同的，差模電流引起的噪音發射是較小的，所以噪音主要是由共模電流決定。

3．1對絞線中的差模信號

對純差模信號而言，它在每一根導線上的電流是以相反方向在一對導線上傳送。如果這一對導線是均勻的纏繞，這些相反的電流就會產生大小相等，反向極化的磁場，使它的輸出互相抵消。在無屏蔽對絞線系統中的差模信號如圖5所示。

在無屏蔽對絞線中，不含噪音的差模信號不產生射頻干擾。

3．2對絞線中的共模信號

共模電流ICOM在兩根導線上以相同方向流動，并經過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下，電流產生大小相等極性相同的磁場，它們的輸出不能相互抵消。如圖6所示，共模電流在對絞線的表面產生一個電磁場，它的作用正如天線一樣。

在無屏蔽對絞線中，共模信號產生射頻干擾。

3．3電纜線上產生的共模、差模噪音及其EMC

電子設備中電纜線上的噪音有從電源電纜和信號電纜上產生的輻射噪音和傳導噪音兩大類。這兩大類中又分為共模噪音和差模噪音兩種[1]。

差模傳導噪音是電子設備內部噪音電壓產生的與信號電流或電源電流相同路徑的噪音電流，如圖7所示。減小這種噪音的方法是在信號線和電源線上串聯差模扼流圈、并聯電容或用電容和電感組成低通濾波器，來減小高頻的噪音，如圖8所示。

差模輻射噪音是圖7電纜中的信號電流環路所產生的輻射。這種噪音產生的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，與頻率的平方成正比，與電流和電流環路的面積成正比。因此，減小這種輻射的方法是在信號輸入端加LC低通濾波器阻止噪音電流流進電纜；使用屏蔽電纜或扁平電纜，在相鄰的導線中傳輸回流電流和信號電流，使環路面積減小。

共模傳導噪音是在設備內噪音電壓的驅動下，經過大地與設備之間的寄生電容，在大地與電纜之間流動的噪音電流產生的，如圖9所示。減小共模傳導噪音的方法是在信號線或電源線中串聯共模扼流圈、在地與導線之間并聯電容器、組成LC濾波器進行濾波，濾去共模傳導噪聲。其電路如圖10所示。共模扼流圈是將電源線的零線和火線（或回流線和信號線）同方向繞在鐵氧體磁芯上構成的，它對線間流動的差模信號電流和電源電流阻抗很小，而對兩根導線與地之間流過的共模電流阻抗則很大。

圖7差模噪聲

圖8差模噪聲的抑制

圖9共模噪聲

圖10共模噪聲的抑制

共模輻射噪音是由于電纜端口上有共模電壓，在其驅動下，從大地到電纜之間有共模電流流動而產生的。輻射的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，（當電纜長度比電流的波長短時）與頻率和電纜的長度成正比。減小這種輻射的方法有：通過在線路板上使用地線面來降低地線阻抗，在電纜的端口處使用LC低通濾波器或共模扼流圈。另外，盡量縮短電纜的長度和使用屏蔽電纜也能減小輻射。

在有些電路中也可接入圖11所示的抗干擾變壓器來防止差模和共模噪音。

4變壓器與噪音傳導

理想變壓器理論上是完美的電路元件，它能用完美的磁耦合在初級和次級繞組之間傳送電能。理想變壓器只能傳送交變的差模電流。它不能傳送共模電流，因為共模電流在變壓器繞組兩端的電位差為零，不能在變壓器繞組上產生磁場。

實際變壓器初級和次級繞組之間有一個很小但不等于零的耦合電容CWW，見圖12。這個電容是繞組之間存在非電介質和物理間隙所產生的。增加繞組之間的空隙和用低介電常數的材料填滿繞組之間的空間就能減小繞組之間電容的數值。

電容Cww為共模電流提供一條穿過變壓器的通道，其阻抗是由電容量的大小和信號頻率來決定的。