EMC基礎(chǔ)-差模噪聲與共模噪聲

1 3 6 6????總結(jié) 91.序言“差模噪聲”也稱(chēng)為“常模噪聲”,這兩種稱(chēng)呼有時(shí)可根據(jù)條件區(qū)分使用，本文中這2種稱(chēng)呼等價(jià)。另一種是“共模噪聲”,由于我們以開(kāi)關(guān)電源為背景進(jìn)行2種噪聲的介紹，因此圖例是將PCB裝在殼體中，并由外部供電，如下圖所示：噪聲源.在電源線(xiàn)與基準(zhǔn)GND之間產(chǎn)生噪聲電壓。噪聲電流與電源的(4)端和(一)端電流路徑柏同。差模噪聲產(chǎn)生在電源線(xiàn)之間，噪聲源串聯(lián)進(jìn)入電源線(xiàn)，噪聲電流與電源電流方向相同。由于往返方向相反而被稱(chēng)為“差模(Differentialmode)”。共模噪聲是經(jīng)雜散電容等泄漏的噪聲電流經(jīng)由大地返回電源線(xiàn)線(xiàn)的噪聲。共模噪聲引起的輻射Tr因電源的(+)端和(一)端流過(guò)的噪聲電流方向相同而被稱(chēng)為“共模共模噪聲引起的輻射Trmode)”。在電源線(xiàn)間不產(chǎn)生噪聲電壓。由差模噪聲引起的輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度Ed可通過(guò)左下方的公式來(lái)表示。Id為差模中的噪聲電流，r為到觀(guān)測(cè)點(diǎn)的距離，f為噪聲頻率。差模噪聲會(huì)產(chǎn)生噪聲電流環(huán)，因此環(huán)路面積S是非常重要的因素。如圖和公式所示，假設(shè)其他因素固定，環(huán)路面積越大則電場(chǎng)強(qiáng)度越高。差模噪聲引起的輻射差模噪聲引起的輻射←由共模噪聲引起的輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度Ec可通過(guò)右下方的公式來(lái)表示。如圖和公式所示，線(xiàn)纜長(zhǎng)度L是非常重要的因素。需要注意的是，在平時(shí)的EMC問(wèn)題中，共模噪聲出現(xiàn)的概率更大一點(diǎn)，因?yàn)楣材Ｔ肼暿墙?jīng)參考網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行干擾的傳遞，所以我們?nèi)绻皇钦J(rèn)真仔細(xì)設(shè)計(jì)，或者說(shuō)我們不能100%避免干擾的存在，在不經(jīng)意間就會(huì)引入共模噪聲。為了更好地認(rèn)識(shí)每種噪聲引發(fā)的輻射特點(diǎn)，我們代入實(shí)際數(shù)值來(lái)計(jì)算一下2種噪聲的電場(chǎng)強(qiáng)度(條件完全相同，電場(chǎng)強(qiáng)度的觀(guān)測(cè)點(diǎn)用藍(lán)色圓點(diǎn)來(lái)表示)。發(fā)射端接收端上從這個(gè)計(jì)算結(jié)果我們可以看到：在噪聲電流值相同的情況下，共模噪聲輻射要大得多(此例中約大100倍)。不管怎樣，這些傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲即EMI如果超出了容許范圍，就需要采取降噪對(duì)策。特別需要記住的是，在考慮輻射噪聲對(duì)策時(shí)，針對(duì)共模噪聲的對(duì)策是非常重要的。關(guān)于EMC問(wèn)題的整改，我們后面逐步介紹，其中最原則性的降噪對(duì)策是：差模噪聲要減少環(huán)路面積S(比如線(xiàn)纜采用絞合線(xiàn)),共模噪聲要極力縮短線(xiàn)纜長(zhǎng)度。當(dāng)這一原則受到挑戰(zhàn)或者無(wú)法達(dá)成時(shí)，就需要探討增加濾波器的方法。噪聲產(chǎn)生的原因差模噪聲：差模噪聲也稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)噪聲，產(chǎn)生于電源線(xiàn)上，噪聲電流流進(jìn)和流出的大小相同，方向相反，這樣的噪聲就稱(chēng)為差模噪聲，圖1所示就為差模噪聲的示意簡(jiǎn)圖。產(chǎn)品外殼電路板R差模噪聲環(huán)路整墩產(chǎn)品外殼電路板分布電容共模噪聲環(huán)路GND字鋼消這整政第5頁(yè)共9頁(yè)分析：由上圖可以看出電源線(xiàn)上的共模噪聲流經(jīng)大地(GND)后，再?gòu)拇蟮嘏c產(chǎn)品形成的分布電容流回噪聲源，形成共模噪聲環(huán)路。了解完什么是差模噪聲和共模噪聲，接下來(lái)我們來(lái)講一下他們是如何引起產(chǎn)品對(duì)外的輻射強(qiáng)度是和它的電路電場(chǎng)強(qiáng)度息息相關(guān)的，下面我們分別來(lái)看差模噪聲的電場(chǎng)強(qiáng)度和共模噪聲產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度都和那些條件有關(guān)：風(fēng)共模噪聲回路電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖噪聲接收端回路的面積大小差模噪聲回路電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖在此公式中Id噪聲電流大小，f為噪聲的頻率，r為離噪聲源的距離，S則為噪聲回路的面積大??；噪聲接收端噪聲接收端區(qū)共模噪聲回路電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖在此公式中Id噪聲電流大小，f為噪聲的頻率，r為離噪聲源的距離，L則為噪聲傳輸線(xiàn)纜的長(zhǎng)度；對(duì)比兩個(gè)公式不難發(fā)現(xiàn)，在同等條件下差模噪聲大小的重要因數(shù)是回路面第6頁(yè)共9頁(yè)??.噪聲的抑制有要求無(wú)法減短時(shí)，也可以通過(guò)在線(xiàn)纜傳輸接口處??.案例分享1分析：可以看出超標(biāo)的頻率段基本集中在50MHz-200MHz頻段，共模噪聲12分析：可以看出經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，數(shù)據(jù)在50MHz和100MHz左右還是會(huì)有兩個(gè)看，后期讀點(diǎn)便可。分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工作時(shí)需要外接適