如何更好区分共模干扰和差模干扰

日期：2023-10-10 07:31

共模信号和差模信号通常电源线有三根线：火线L、零线N和地线PE。通过电线传输时，电压和电流的变化有两种形式。一种是两根线，以往返线的方式传输，我们称之为差分模式。另一种是两根线用于外出传输，地线用于返回传输。我们称之为共模。

如上图所示，蓝色信号在两根线内来回传输，我们称之为差分模式。

黄色信号在信号与地线之间传输，我们称之为共模。

共模干扰和差模干扰任意两根电源线上存在的干扰可以用共模干扰和差模干扰来表示。
共模干扰在导体和地（机箱）之间传输，属于不对称干扰，其定义为任何载流导体和参考地之间的不良电位差。差模干扰在两个导体之间传输，是一种对称干扰，其定义为任意两个载流导体之间存在不良电位差。

一般情况下，共模干扰幅值较大、频率较高，还可以通过导线产生辐射，造成较大的干扰。差模干扰幅值小、频率低，造成的干扰较小。

共模干扰信号共模干扰的电流大小不一定相等，但方向（相位）相同。电气来自设备的外部干扰多为共模干扰，外部干扰也多为共模干扰。共模干扰本身一般不会对设备造成危害，但如果共模干扰转变为差模干扰就严重了，因为有用信号都是差模信号。

差模干扰信号差模干扰电流大小相等，方向（相位）相反。由于走线电容、电感、信号走线阻抗不连续性的分布以及信号返回路径流经意外路径，差动模电流将转换为共模电流。

产生共模干扰的主要原因有： 1、共模干扰电压串入电网。 2、辐射干扰（如闪电、设备电弧、附近无线电台、大功率辐射源）在信号线上感应出共模干扰。原因是交变磁场产生交变电流，而地中性环路面积与地面不同。火线-火线环路的面积不同，两个环路的阻抗不同，导致电流大小不同。 3、接地电压不同。简而言之，电位差会产生共模干扰。

4、设备内部电路对电源线造成的共模干扰。

共模干扰电流共模干扰通常以共模干扰电流的形式出现。一般来说，共模干扰电流的产生有以下三种原因： 1、电路布线中的所有导线上都会感应出外部电磁场。电压（该电压相对于地具有相等的幅度和相位）以及由该电压产生的电流。 2、由于电路走线两端的器件连接到不同的地电位，因此由该地电位差驱动产生电流。

3、器件上的电路走线与地之间存在电位差，因此电路走线上会产生共模干扰电流。

注意事项 1. 如果设备的电路走线上产生共模干扰电流，电路走线会产生强烈的电磁辐射，对电子和电气产品元件造成损害产生电磁干扰，影响产品的性能指标。 2、当电路不平衡时，共模干扰电流会转变为差模干扰电流，差模干扰电流会直接对电路产生干扰。对于电子电器产品电路中的信号线和回路：当差模干扰电流流过电路中的导线回路时，会引起差模干扰辐射。这个回路相当于一个小回路天线，可以向空间辐射磁场，或者接收磁场。

3、共模干扰主要集中在1MHz以上。这是因为共模干扰是通过空间感应到电缆上的，并且这种感应仅可能在较高频率下发生。但有一个例外。当电缆经过强磁场辐射源（如开关电源）时，也会感应出较低频率的共模干扰。

如何抑制共模干扰共模干扰是EMC干扰中最常见、最有害的干扰。我们抑制它最直接的方法就是过滤。

在电路中串联插入一个共模电感。当共模干扰电流流过线圈时，由于共模干扰电流的各向同性，线圈中会产生相同方向的磁场，增加线圈的电阻。感抗使线圈呈现高阻抗，产生较强的阻尼作用，从而衰减共模干扰电流，达到滤波的目的。当电路中的普通差模电流流过共模电感时，电流同相缠绕在共模电感线圈中产生的反向磁场相互抵消，因此对普通差模基本上没有衰减作用模式电流。对USB信号的共模干扰抑制方法一般是在端口处添加共模电感。

USB传输信号为差分信号，干扰源为共模干扰信号。传输线上的共模电感可以更好地抑制共模干扰，而不会对有用的差分信号造成任何衰减。

USB 高速运行对 DM 和 DP 产生较强的共模干扰

通过增加共模电感，可以有效抑制共模干扰信号。如果共模干扰源在电源电路中，可以使用共模电容来抑制干扰信号。

当电路中引入共模电容时，共模电容提供最短路径旁路共模干扰信号，从而抑制共模干扰的产生。如果电源电路中存在差模干扰，可以使用差模电容来抑制干扰。

当电路中引入差模电容时，差模电容提供最短路径，使差模干扰信号被旁路，从而抑制差模干扰的产生。共模干扰是 EMC 干扰中最常见、最有害的干扰。抑制的方法除了滤波之外，还可以通过屏蔽信号线、在PCB板上大面积铺设来降低地噪声。线路阻抗降低共模信号强度等

审稿编辑：郭婷

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