細說『共模干擾』和『差模干擾』

一、共模信號和差模信號

通常電源線有三根線，火線L，零線N和地線PE。

電壓和電流的變化通過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模"；另一種是兩根導線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。

如上圖, 藍色信號是在兩根導線內部作往返傳輸的，我們稱之為"差模"；黃色信號是在信號與地線之間傳輸的，我們稱之為"共模"。

二、共模干擾與差模干擾

任何兩根電源線上所存在的干擾，均可用共模干擾和差模干擾來表示。

共模干擾在導線與地（機殼）之間傳輸，屬于非對稱性干擾，它定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差；

差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾,它定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。

在一般情況下，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。

2.1共模干擾信號   

共模干擾的電流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。電氣設備對外的干擾多以共模干擾為主，外來的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會對設備產生危害，但是如果共模干擾轉變為差模干擾，干擾就嚴重了，因為有用信號都是差模信號。

2.2差模干擾信號

差模干擾的電流大小相等，方向（相位）相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續，以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等，差模電流會轉換成共模電流。

2.3共模干擾產生原因

1. 電網串入共模干擾電壓。

2. 輻射干擾（如雷電，設備電弧，附近電臺，大功率輻射源）在信號線上感應出共模干擾，原因是交變的磁場產生交變的電流，地線－零線回路面積與地線－火線回路面積不相同，兩個回路阻抗不同等原因造成電流大小不同。

3.接地電壓不一樣，簡單的說就電位差而造就了共模干擾。

4.設備內部的線路對電源線造成的共模干擾。

2.4共模干擾電流

共模干擾一般是以共模干擾電流存在的形式出現的，一般情況下共模干擾電流產生的原因有三個方面：

1. 外界電磁場在電路走線中的所有導線上感應出來電壓（這個電壓相對于大地是等幅和同相的），由這個電壓產生的電流。

2. 由于電路走線兩端的器件所接的地電位不同，在這個地電位差的驅動下產生的電流。

3. 器件上的電路走線與大地之間有電位差，這樣電路走線上會產生共模干擾電流。

2.5注意事項

1.器件如果在其電路走線上產生共模干擾電流，則電路走線會產生強烈的電磁輻射，對電子、電氣產品元器件產生電磁干擾，影響產品的性能指標；

2.當電路不平衡時，共模干擾電流會轉變為差模干擾電流，差模干擾電流對電路直接產生干擾影響。對于電子、電氣產品電路中的信號線及其回路而言：差模干擾電流流過電路中的導線環路時，將引起差模干擾輻射，這種環路相當于小環天線，能向空間輻射磁場，或接收磁場。

3. 共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應到電纜上的，這種感應只有在較高頻率時才容易發生。但有一種例外，當電纜從很強的磁場輻射源(例如，開關電源)旁邊通過時，也會感應到頻率較低的共模干擾。

三、如何抑制共模干擾

共模干擾作為EMC干擾中常見且危害較大的干擾，我們抑制它最直接的方法就是濾波。

在電路中串入共模電感，當有共模干擾電流流經線圈時，由于共模干擾電流的同向性，會在線圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現為高阻抗，產生較強的阻尼效果，以此衰減共模干擾電流，達到濾波的目的；

當電路中的正常差模電流流經共模電感時，電流在同相繞制的共模電感線圈中產生反向的磁場而相互抵消，因而對正常的差模電流基本沒有衰減作用。

案例  USB 信號上的共模干擾抑制方法

USB 端口的濾波處理－使用共模電感

USB 傳輸線上的信號是差分信號而干擾源是共模干擾信號，在傳輸線上串上共模電感能較好的抑制共模干擾，而對有用的差分信號沒有任何衰減。

USB 高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模干擾

電路中加入濾波器－共模電感后共模干擾信號得到有效抑制

如果共模干擾源是在電源回路，可使用共模電容來抑制干擾信號。

在電路中引入共模電容，則共模電容提供最短的路徑使共模干擾信號被旁路，從而抑制共模干擾的產生。

如果電源回路同時還存在差模干擾，使用差模電容來抑制干擾。

在電路中引入差模電容，則差模電容提供最短的路徑使差模干擾信號被旁路，從而抑制差模干擾的產生。

共模干擾作為EMC干擾中常見且危害很大的干擾,抑制它的方法除了濾波外，還可以通過對信號線路進行屏蔽，在PCB 板上大面積鋪地降低地線阻抗來減少共模信號強度等方法。