解析传导骚扰中的“差模噪声”和“共模噪声”

解析传导骚扰中的“差模噪声”和“共模噪声”

在电磁兼容(EMC)领域，EMC可以分为“电磁干扰(EMI)”和“电磁敏感度(EMS)”，其实电磁干扰EMI可以大致分为“传导骚扰”和“辐射骚扰”两个部分，本文将为大家讲一下传导骚扰中的“差模噪声”和“共模噪声”。

噪声产生的原因

传导噪声可以分为“差模噪声”和“共模噪声”两种，下面我们通过个简图来了解它们。

差模噪声：

差模噪声也称为对称噪声，产生于电源线上，噪声电流流进和流出的大小相同，方向相反，这样的噪声就称为差模噪声，如下图(1)所示就为差模噪声的示意简图。

分析：由上图可以看出噪声源产生的差模噪声流经外部电源后，噪声由电源负极回到噪声源，形成一个噪声环路。

共模噪声：

共模噪声也称为非对称噪声，共模噪声流经电源正负极，经过大地和产品形成的分布电容流回噪声源，流经电源正负极的共模噪声电流大小相同，流向也相同。如下图(2)所示就为共模噪声的示意简图。

分析：由上图可以看出电源线上的共模噪声流经大地(GND)后，再从大地与产品形成的分布电容流回噪声源，形成共模噪声环路。

了解完什么是差模噪声和共模噪声，接下来我们来讲一下他们是如何引起辐射超标的。

产品对外的辐射强度是和它的电路电场强度息息相关的，下面我们分别来看差模噪声的电场强度和共模噪声产生的电场强度都和那些条件有关：

在差模噪声电路中：
在此公式中Id噪声电流大小，f为噪声的频率，r为离噪声源的距离，S则为噪声回路的面积大小；

在共模噪声电路中：
在此公式中Id噪声电流大小，f为噪声的频率，r为离噪声源的距离，L则为噪声传输线缆的长度；

对比两个公式不难发现，在同等条件下差模噪声大小的重要因数是回路面积的大小，而共模噪声的大小重要因数则为噪声传输的线缆长度。

噪声的抑制

对于“差模噪声”而言，应尽可能的去减小差模噪声的回路大小，如在环路上增加一些电容，给差模噪声提供短回路，从而减小差模噪声的回路大小;

对于“共模噪声”而言，应尽可能减短共模噪声传输线缆的长度，在线缆长度有要求无法减短时，也可以通过在线缆传输接口处增加共模电感和磁环等来抑制共模噪声的传输。

案例分享

接下来给大家分享一款脱毛仪产品的整改案例，先来看一下摸底数据：

分析：可以看出超标的频率段基本集中在50MHz-200MHz频段，共模噪声超标占主导。通过分析噪声源来源于主板上的变压器模块。

措施：通过对板上变压器模块优化和加滤波电容后，再进行测试的数据为：

分析：可以看出经过优化后，数据在50MHz和100MHz左右还是会有两个鼓包超标，其他的毛刺超标数据为脱毛仪工作时闪光时的瞬态超标，可以不用看，后期读点便可。分析发现产品工作时需要外接适配器，且适配器的线缆很长，通过上文的分析可以知道，这里的长线缆给共模噪声超标提供了条件。

措施：通过在PCB板的适配器输入端加入大电流共模滤波器后：

测试数据为：加入共模滤波器后测试可以通过测试，共模滤波器对50MHz和100MHz左右的共模噪声进行了抑制，避免了共模噪声通过外接适配器线缆进行放大。

差模噪声和共模噪声的抑制是减少产品EMI问题的一个重点，所以我们在产品设计前期就应该考虑到这些问题，做好前期的PCB布板规划和噪声抑制器件的预留，避免后期出现问题了才回头进行修改验证，增加不必要的人力物力。