EMIEMC設(shè)計(jì)講座(二)傳導(dǎo)式EMI的測(cè)量技術(shù)返回路徑

1、傳導(dǎo)式EMI的測(cè)量技術(shù)(二返回路徑傳導(dǎo)式EMI的測(cè)量技術(shù)(一差模和共模2007年06月17日 星期日 09:33傳導(dǎo)式（conducted）EMI是指部分的電磁（射頻）能量透過外部纜線（cable）、電源線、I/O互連介面，形成傳導(dǎo)波（propagation wave）被傳送出去。本文將說明射頻能量經(jīng)由電源線傳送時(shí)，所產(chǎn)生的傳導(dǎo)式雜訊對(duì)PCB的影響，以及如何測(cè)量傳導(dǎo)式EMI和FCC、CISPR的EMI限制規(guī)定。差模和共模雜訊傳導(dǎo)式EMI可以分成兩類：差模（Differential mode；DM）和共模（Common mode；CM）。差模也稱作對(duì)稱模式（symmetric mode）或正常模

2、式（normal mode）；而共模也稱作不對(duì)稱模式（asymmetric mode）或接地泄漏模式（ground leakage mode）。圖一：差模和共模雜訊由EMI產(chǎn)生的雜訊也分成兩類：差模雜訊和共模雜訊。簡(jiǎn)言之，差模雜訊是當(dāng)兩條電源供應(yīng)線路的電流方向互為相反時(shí)發(fā)生的，如圖1(a所示。而共模雜訊是當(dāng)所有的電源供應(yīng)線路的電流方向相同時(shí)發(fā)生的，如圖1(b所示。一般而言，差模訊號(hào)通常是我們所要的，因?yàn)樗艹休d有用的資料或訊號(hào)；而共模訊號(hào)（雜訊）是我們不要的副作用或是差模電路的副產(chǎn)品，它正是EMC的最大難題。從圖一中，可以清楚發(fā)現(xiàn)，共模雜訊的發(fā)生大多數(shù)是因?yàn)殡s散電容（stray capacit

3、or）的不當(dāng)接地所造成的。這也是為何共模也稱作接地泄漏模式的原因。圖二：差模和共模雜訊電路在圖二中，L是有作用（Live）或相位（Phase）的意思，N是中性（Neutral）的意思，E是安全接地或接地線（Earth wire）的意思；EUT是測(cè)試中的設(shè)備（Equipment Under Test）之意思。在E下方，有一個(gè)接地符號(hào)，它是采用國際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission；IEC）所定義的有保護(hù)的接地（Protective Earth）之符號(hào)（在接地線的四周有一個(gè)圓形），而且有時(shí)會(huì)以PE來注明。DM雜訊源是透過L和N對(duì)偶線，來推

4、挽（push and pull）電流Idm。因?yàn)橛蠨M雜訊源的存在，所以沒有電流通過接地線路。雜訊的電流方向是根據(jù)交流電的周期而變化的。電源供應(yīng)電路所提供的基本的交流工作電流，在本質(zhì)上也是差模的。因?yàn)樗鬟M(jìn)L或N線路，并透過L或N線路離開。不過，在圖二中的差模電流并沒有包含這個(gè)電流。這是因?yàn)楣ぷ麟娏麟m然是差模的，但它不是雜訊。另一方面，對(duì)一個(gè)電流源（訊號(hào)源）而言，若它的基本頻率是電源頻率（line frequency）的兩倍-100或120Hz，它實(shí)質(zhì)上仍是屬于直流的，而且不是雜訊；即使它的諧波頻率，超過了標(biāo)準(zhǔn)的傳導(dǎo)式EMI之限制范圍（150 kHz to 30 MHz）。然而，必須注意的是，

5、工作電流仍然保留有直流偏壓的能量，此偏壓是提供給濾波抗流線圈（filter choke）使用，因此這會(huì)嚴(yán)重影響EMI濾波器的效能。這時(shí)，當(dāng)使用外部的電流探針來量測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，很可能因此造成測(cè)量誤差。2007年06月17日 星期日 09:34返回路徑對(duì)雜訊電流而言，真正的返回路徑（return path）是什么呢？實(shí)體的電氣路徑之間的距離，最好是越大越好。因?yàn)槿绻麤]有EMI濾波器存在的話，部分的雜訊電流將會(huì)透過散布于各地的各種寄生性電容返回。其余部分將透過無線的方式返回，這就是輻射；由此產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)影響相鄰的導(dǎo)體，在這些導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生極小的電流。最后，這些極小的返回電流在電源供應(yīng)輸入端的總和會(huì)一直維持

6、零值，因此不會(huì)違反Kirchhoff定律在一封閉電路中，過一節(jié)點(diǎn)的電流量之代數(shù)和為零。利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式，就可以將于L和N線路上所測(cè)得的電流，區(qū)分為CM電流和DM電流。但是為了避免發(fā)生代數(shù)計(jì)算的錯(cuò)誤，必須先對(duì)電流的正方向做一定義?？梢约僭O(shè)若電流由右至左流動(dòng)，就是正方向，反之則為負(fù)方向。此外，必須記住的是：一個(gè)電流I若在任一線路中往一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，這是等同于I往另一個(gè)方向流動(dòng)的（Kirchhoff定律）。例如：假設(shè)在一條線路（L或N）上，測(cè)得一個(gè)由右至左流動(dòng)的電流2A。并在另一條線路上，測(cè)得一個(gè)由左至右流動(dòng)的電流5A。CM電流和DM電流是多少呢？就CM電路而言，假設(shè)它的E連接到一個(gè)大型的金屬接地

7、平面，因此無法測(cè)量出流過E的電流值（如果可以測(cè)得，那將是簡(jiǎn)單的Icm）。這和一般離線的（off-line）電源供應(yīng)器具有3條（有接地線）或2條（沒有接地線）電線不同，不過，在后續(xù)的例子中，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)那些接地不明的設(shè)備而言，其實(shí)它們具有一些泄漏（返回）路徑。以圖一為例，假設(shè)第一次測(cè)量的線路是L（若選擇N為首次測(cè)量的線路，底下所計(jì)算出來的結(jié)果也是一樣的）。由此可以導(dǎo)出：IL = Icm/2 + Idm= 2AIN = Icm/2 - Idm= -5A求解上面的聯(lián)立方程式，可以得出：Icm = -3AIdm = 3.5A這表示有一個(gè)3A的電流，流過E（這是共模的定義）。而且，有一個(gè)3.5A的電流在L和N線路中來回流動(dòng)。再舉一個(gè)例子：假設(shè)測(cè)得一個(gè)2A的電流在一條線路