共模和差模信號(hào)與濾波

1、共模和差模信號(hào)與濾波作者：摘要介紹了共模、差模信號(hào)的關(guān)鍵特性及其抑制方法，以及濾波器的工作原理及其應(yīng)用電路。一.概述隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電磁兼容已成為研究微電子裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要課題。抑制電磁干擾應(yīng)用包括濾波技術(shù)、布局與布線(xiàn)技術(shù)、技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等。而干擾源的傳輸途經(jīng)分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)噪聲的頻率范圍很寬， 從 10kHz30MHz，僅從產(chǎn)生干擾的原因出發(fā)，通過(guò)控制脈沖的上升與下降時(shí)間來(lái)解決干擾問(wèn)題未必是一個(gè)好方法。為此了解共模和差模信號(hào)之間的差別，對(duì)正確理解脈沖磁路和工作模塊之間的關(guān)系是的。在抑制電磁干擾的各項(xiàng)技術(shù)中，采用濾波技術(shù)對(duì)局域網(wǎng)（LAN）、通口電路、電

2、源電路中減少共模干擾起著關(guān)鍵作用。所以掌握濾波器的工作原理和其實(shí)用電路的結(jié)構(gòu)及其正確的應(yīng)用，是微電子裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。二.差模信號(hào)和共模信號(hào)差模信號(hào)又稱(chēng)為、串模、線(xiàn)間感應(yīng)和對(duì)稱(chēng)信號(hào)等，在兩線(xiàn)電纜傳輸回路，每一線(xiàn)對(duì)地電壓用符號(hào) V1 和 V2 來(lái)表示。差模信號(hào)分量是 VDIFF。純差模信號(hào)是 V1=-V2，其大小相等，相位相差 180o，VDIFF=V1-V2，因?yàn)?V1 和V2 對(duì)地是對(duì)稱(chēng)的，所以地線(xiàn)上沒(méi)有電流流過(guò)，差模信號(hào)的電路如圖 1 所示。所有的差模電流（IDIFF）全流過(guò)負(fù)載。差模干擾侵入往返兩條信號(hào)線(xiàn)，方向與信號(hào)電流方形一致，其一種是由信號(hào)源產(chǎn)生，另一種是傳輸過(guò)程中由電磁

3、感應(yīng)產(chǎn)生，它和信號(hào)串在一起且同相位，這樣的干擾一般難以抑制。共模信號(hào)又稱(chēng)為對(duì)地感應(yīng)信號(hào)或不對(duì)稱(chēng)信號(hào)，共模信號(hào)分量是 Vcom，純共模信號(hào)是： Vcom=V1=V2，大小相等，相位差為 0o。V3=0。共模信號(hào)的電路如圖表 2 所示。干擾信號(hào)侵入線(xiàn)路和接地之間，干擾電流在兩條線(xiàn)上各流過(guò)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(shí)際電路中由于線(xiàn)路阻抗不平衡，使共模易消除的串?dāng)_干擾。會(huì)轉(zhuǎn)化為不1三.濾波器濾波器可以抑制交流電源線(xiàn)上輸入的干擾信號(hào)及信號(hào)傳輸線(xiàn)上感應(yīng)的各種干擾。濾波器可分為交流電源濾波器、信號(hào)傳輸線(xiàn)濾波器和去耦濾波器。交流電源濾波器大量應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)中，既可以

4、抑制外來(lái)的高頻干擾，還可以抑制開(kāi)關(guān)電源向外發(fā)送的干擾。來(lái)自工頻電源或雷擊等瞬變干擾，經(jīng)電源線(xiàn)侵入電子設(shè)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(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和使用濾波器是的濾波元件（如鐵氧體磁環(huán)），他們能夠改善技術(shù)的重要。例如開(kāi)關(guān)電源通過(guò)傳導(dǎo)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(duì)共模噪聲有抑制能力，應(yīng)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(gè)線(xiàn)圈繞向一致，當(dāng)電源輸入電流流過(guò) Lc 時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以抵消，相當(dāng)于沒(méi)有電感效應(yīng)，因

5、此，它使用磁導(dǎo)率高的磁芯。Lc對(duì)共模噪聲來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)大電感，能有效抑制共模噪聲。開(kāi)關(guān)電源輸入端分別對(duì)地并接的電容 CY 對(duì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)所的。圖 3(b)中各元件參數(shù)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(shù)值，如電流為 25A 時(shí)Lc=1.8mH。電流為 0.3A 時(shí)， 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(kāi)關(guān)電源的工作頻率。圖 4 所示的濾波器可進(jìn)一步提高對(duì)共模噪聲的抑制能力。Cx 上除加有電源電壓外，

6、還會(huì)疊加上相線(xiàn)和零線(xiàn)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(yīng)用中的情況，Cx 安全等級(jí)分為兩類(lèi)，即 X1 和 X2 類(lèi)，X1 等級(jí)用于設(shè)備的峰值電壓大于 1.2kV 場(chǎng)合，X2 類(lèi)用于設(shè)備峰值電壓小于 1.2kV 的一般場(chǎng)合。另外，通過(guò)限制 CY 的容量可達(dá)到控制在規(guī)定電壓頻率作用過(guò)該電容器的漏電流的大小。若為裝設(shè)在可移動(dòng)設(shè)備上的濾波器，其交流漏電流應(yīng)小于 1mA，若為裝設(shè)在位置固定且接地的設(shè)備上的濾波器的交流漏電流應(yīng)小于 3.5mA，再根據(jù)漏電流 Ii 的要求計(jì)算 CY 的容量，其關(guān)系為： Ii=2fCYU式中：f電源頻率;U電源供電電壓;2LD 是用來(lái)

7、進(jìn)一步抑制共模噪聲的差模扼流圈。因?yàn)?LD 的引入將使電容 Cx 充電電流減小，達(dá)到了抑制差模噪聲的目的。四.濾波器的安裝與布線(xiàn)交流濾波器的安裝及布線(xiàn)直接影響濾波器的性能，在其安裝布線(xiàn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.濾波器應(yīng)安裝在機(jī)柜底部離設(shè)備電源盡可能近的部位，并加以絕緣，不要讓過(guò)濾波器的電源線(xiàn)在機(jī)柜內(nèi)迂回，如果交流電源進(jìn)線(xiàn)進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)到電源濾波器之間有較長(zhǎng)的距離時(shí)，則這段線(xiàn)應(yīng)加。2.電源濾波器的外殼必須用截面積大的導(dǎo)線(xiàn)以最短的距離與機(jī)殼連為一體，并盡量使電源濾波器的接地點(diǎn)與機(jī)殼接地點(diǎn)保持最短的距離，輸入輸出線(xiàn)應(yīng)靠近機(jī)殼底部布線(xiàn)以減少耦合，并將輸入輸出線(xiàn)嚴(yán)格分開(kāi)，絕不允許將濾波器的輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)捆扎在一起或靠得很近，否則，當(dāng)干擾頻率達(dá)到數(shù)兆 Hz 以上時(shí)，這時(shí)輸入輸出線(xiàn)會(huì)相互耦合而降低其對(duì)高頻干擾信號(hào)的衰減效果。插座式交流電源濾波器從結(jié)