1、共模和差模信號與濾波作者：摘要介紹了共模、差模信號的關鍵特性及其抑制方法，以及濾波器的工作原理及其應用電路。一.概述隨著微電子技術的發展和應用，電磁兼容已成為研究微電子裝置安全、穩定運行的重要課題。抑制電磁干擾應用包括濾波技術、布局與布線技術、技術、接地技術、密封技術等。而干擾源的傳輸途經分為傳導干擾和輻射干擾。傳導噪聲的頻率范圍很寬， 從 10kHz30MHz，僅從產生干擾的原因出發，通過控制脈沖的上升與下降時間來解決干擾問題未必是一個好方法。為此了解共模和差模信號之間的差別，對正確理解脈沖磁路和工作模塊之間的關系是的。在抑制電磁干擾的各項技術中，采用濾波技術對局域網（LAN）、通口電路、電

2、源電路中減少共模干擾起著關鍵作用。所以掌握濾波器的工作原理和其實用電路的結構及其正確的應用，是微電子裝置系統設計中的一個重要環節。二.差模信號和共模信號差模信號又稱為、串模、線間感應和對稱信號等，在兩線電纜傳輸回路，每一線對地電壓用符號 V1 和 V2 來表示。差模信號分量是 VDIFF。純差模信號是 V1=-V2，其大小相等，相位相差 180o，VDIFF=V1-V2，因為 V1 和V2 對地是對稱的，所以地線上沒有電流流過，差模信號的電路如圖 1 所示。所有的差模電流（IDIFF）全流過負載。差模干擾侵入往返兩條信號線，方向與信號電流方形一致，其一種是由信號源產生，另一種是傳輸過程中由電磁

3、感應產生，它和信號串在一起且同相位，這樣的干擾一般難以抑制。共模信號又稱為對地感應信號或不對稱信號，共模信號分量是 Vcom，純共模信號是： Vcom=V1=V2，大小相等，相位差為 0o。V3=0。共模信號的電路如圖表 2 所示。干擾信號侵入線路和接地之間，干擾電流在兩條線上各流過二分之一，以地為公共回路，原則上講，這種干擾是比較容易消除的。在實際電路中由于線路阻抗不平衡，使共模易消除的串擾干擾。會轉化為不1三.濾波器濾波器可以抑制交流電源線上輸入的干擾信號及信號傳輸線上感應的各種干擾。濾波器可分為交流電源濾波器、信號傳輸線濾波器和去耦濾波器。交流電源濾波器大量應用在開關電源的系統中，既可以

4、抑制外來的高頻干擾，還可以抑制開關電源向外發送的干擾。來自工頻電源或雷擊等瞬變干擾，經電源線侵入電子設備，這種干擾以共模和差模方式，可用電源濾波器濾除。在濾波電路中，有很多電路的濾波特性，恰當地設計和使用濾波器是的濾波元件（如鐵氧體磁環），他們能夠改善技術的重要。例如開關電源通過傳導和輻射出的噪聲有差模和共模之分，差模噪聲采用 型濾波器抑制，如圖 3 所示。圖 3(a)中，LD 為濾波扼流圈。若要對共模噪聲有抑制能力，應采用如圖 3(b)所示的濾波電路。圖 3(b)中，Lc 為濾波扼流圈。由于 Lc 的兩個線圈繞向一致，當電源輸入電流流過 Lc 時，所產生的磁場可以抵消，相當于沒有電感效應，因

5、此，它使用磁導率高的磁芯。Lc對共模噪聲來說相當于一個大電感，能有效抑制共模噪聲。開關電源輸入端分別對地并接的電容 CY 對共模噪聲起抑制作用。R 為 Cx 的放電電阻，它是 VDE-0806 和 IEC-380 安全技術標準所的。圖 3(b)中各元件參數范圍為：Cx=0.12.0uF。CY=2.0nF33nF。Lc=幾幾十 mH，隨工作電流不同而取不同的參數值，如電流為 25A 時Lc=1.8mH。電流為 0.3A 時， Lc=47mH。另外在濾波元件選擇中，一定要保證輸入濾波器的諧振頻率低于開關電源的工作頻率。圖 4 所示的濾波器可進一步提高對共模噪聲的抑制能力。Cx 上除加有電源電壓外，

6、還會疊加上相線和零線之間存在的各種電磁干擾峰值電壓。為保證電容器失效后，不危及人身安全，并考慮到應用中的情況，Cx 安全等級分為兩類，即 X1 和 X2 類，X1 等級用于設備的峰值電壓大于 1.2kV 場合，X2 類用于設備峰值電壓小于 1.2kV 的一般場合。另外，通過限制 CY 的容量可達到控制在規定電壓頻率作用過該電容器的漏電流的大小。若為裝設在可移動設備上的濾波器，其交流漏電流應小于 1mA，若為裝設在位置固定且接地的設備上的濾波器的交流漏電流應小于 3.5mA，再根據漏電流 Ii 的要求計算 CY 的容量，其關系為： Ii=2fCYU式中：f電源頻率;U電源供電電壓;2LD 是用來

7、進一步抑制共模噪聲的差模扼流圈。因為 LD 的引入將使電容 Cx 充電電流減小，達到了抑制差模噪聲的目的。四.濾波器的安裝與布線交流濾波器的安裝及布線直接影響濾波器的性能，在其安裝布線中應注意以下幾點：1.濾波器應安裝在機柜底部離設備電源盡可能近的部位，并加以絕緣，不要讓過濾波器的電源線在機柜內迂回，如果交流電源進線進入機柜內到電源濾波器之間有較長的距離時，則這段線應加。2.電源濾波器的外殼必須用截面積大的導線以最短的距離與機殼連為一體，并盡量使電源濾波器的接地點與機殼接地點保持最短的距離，輸入輸出線應靠近機殼底部布線以減少耦合，并將輸入輸出線嚴格分開，絕不允許將濾波器的輸入線和輸出線捆扎在一起或靠得很近，否則，當干擾頻率達到數兆 Hz 以上時，這時輸入輸出線會相互耦合而降低其對高頻干擾信號的衰減效果。插座式交流電源濾波器從結