EMC系列☞共模电感的选择和应用
EMC系列☞共模电感的选择和应用
共模电感是电子设备中常用的滤波元件，主要用于抑制共模干扰信号。本文将详细介绍共模电感的基本原理、绕制方式、选型方法以及在实际应用中的案例分析。
共模电感的选择和应用
共模电感是抑制共模信号的，对差模几乎没有影响，所以，高速差分对使用共模电感滤波，就是这个道理。
下图是电源共模电感插入损耗测试图。
这个图是共模电感的共模插入损耗，横轴是频率，纵轴是插入损耗，从这个图可以看出，大约从1kHz开始，共模电感的插损逐渐增大。
一直到1MHz，共模插入损耗是逐渐增大的。再来看看共模电感对差模的插入损耗。
看这个图，实测共模电感对差模的插入损耗，在1MHz以前，基本是0插损，所以，从这两幅图对比可以看出来，共模电感对共模电流有很好的抑制作用，对差模电流没有影响。
下面，来看看共模电感的绕制，共模电感绕制方式不同，性能也会有差异，通常，共模电感的绕制，有两种方法，即双线并绕和分开绕制。分开绕制的方法，常见于电源I/O接口的共模电感绕制。
这个就是分开绕制的方式，另外一种绕制方式，称双线并绕，这种，多见于信号I/O口共模电感绕制。
这个就是双线并绕的方式，这两种绕制方式，各有优缺点，分开绕制，要考虑到线缆之间的绝缘耐压，比如电源线上，AC交流电源，线线之间要承受高电压，要有绝缘强度，所以必须分开绕制。反之，对于绝缘要求不高的信号线，通常线间电压很低，可以采用双线并绕的方法。双线并绕相比分开绕制好处是，线线之间还有互感，所以还可以增大共模阻抗，对共模滤波效果更好。
共模电感，主要分电源滤波共模电感和信号滤波共模电感。
电源接口共模电感，选型时一般都是看电感量，因为电源共模电感，主要用来滤除电源线的低频传导干扰，干扰频率比较低，磁性电感的感性比较明显。
这个表，就是是电源口共模电感厂家规格书上给出的电感量，电源口共模电感选择主要看电感量。对于信号口共模电感，选型时一般看100MHz时的阻抗值，和电源不一样，这里是看阻抗，信号I/O接口，主要滤除的是高频干扰，此时，磁性电感阻抗中的电阻成分会非常明显，所以，对于信号口，选择共模电感时，通常是参考100MHz时阻抗值，至于为什么是100MHz，这是行业统一的一个规定标准。
这是信号接口，规格书上共模电感100MHz时的阻抗，上面的电源接口共模电感和信号接口共模电感，选型表格都出自同一厂家规格书，也可以看出来，电源I/O共模电感和信号I/O共模电感选型时关注的指标不同，当然，刚才的选型指标只是从EMC角度选择，其他参数不关注，比如共模电感的电压电流。在这里，100MHz只是一个行业标准，正式选择，需要看频率阻抗特性图或者插入损耗曲线，确保要滤除的频率在共模电感的感性阶段，并且有高的阻抗或者大的插损。典型的信号口共模滤波电感，90Ω/100MHz或者120Ω/100MHz，都比较常见，这个只是参考的量值，具体选用，需要看其频率阻抗特性图。
在滤除的频点共模电感有高阻抗。高速信号接口可以使用共模电感滤波。通常用的滤波器件，无非电容，差模电感，共模电感，磁环。如果在高频高速接口加电容和差模电感，此时信号质量可能受到很大影响，通信不正常，比如，高速网口，加个50pF电容，丢包率会大大增加，所以，这些接口不能使用电容、差模电感滤波。那电容，差模电感不能用，还要滤除干扰，这时候共模电感的优势就体现出来了。管你信号频率速率高不高，理论上共模电感对有用的差模信号压根没影响！
看这个图，这是信号口共模电感频率阻抗特性图，横轴频率，纵轴阻抗，图里面黑色实线代表的是共模电感的共模阻抗，红色虚线代表的是共模电感的差模阻抗。从图里面可以看出，在同一频点，共模阻抗远大于差模阻抗，所以，共模电感对差模影响很小，既然如此，共模电感就可以使用在高速信号I/O接口的滤波上，比如高速网口，USB口，LVDS，DVI，HDMI经常看到原理图里面信号线上有共模电感。
看网口变压器里面的共模电感。
USB接口的共模电感。
HDMI接口的共模电感，这些接口的共模电感就是用来I/O接口滤波，抑制共模，对差模有用信号影响微乎其微。高速接口电磁干扰滤波和信号质量的矛盾，被共模电感完美解决了！其他高速接口不一一列举。
共模电感滤波的案例
某车载监控显示屏在做电磁抗扰度BCI实验时，在75-190MHzHz频段，扬声器出现持续啸叫打开壳子看的话，注入线缆束上有套一个磁环，但是在单板上接口处无滤波电路。
这里没有设计滤波电路，只加了个磁环。另外，看喇叭，音频线上也加了个小磁环，但是，注入线缆和喇叭音频线缆空间距离很近。
从图上看的话基本挨在一起，由于BCI注入频率20-400MHz，频率也很高，所以，注入线即使在单板入口滤波，线缆和喇叭之间也有空间耦合的防风险，这么一分析，显然在注入线缆单板接口上滤波，效果可能不明显。因此选择从敏感源入手整改，干扰频段是75-190MHz，那么，选择的共模电感在这个频段就要有较高的阻抗。
这个是选定的共模电感，100MHz时阻抗为600Ω，前面说过，这个仅供参考，正确选择需要关注阻抗频率特性图
这个就是选定的共模电感频率阻抗特性图，在上面的图，把测试受干扰的频段，以两根黄色线间频段表示，此时查看这段频段，共模电感的阻抗大约在300-700Ω之间这个阻抗，把这个共模电感，加到敏感源喇叭这块。
此时既避免了I/O接口滤波成本高代价大，另避免了输入I/O线缆和扬声器由于空间紧邻耦合导致滤波失效，安装好整机测试，问题迎刃而解！一颗小小的共模电感搞定BCI问题。
这个案例，就是信号口共模电感的应用和选型方法。再次强调，注意选型方法，一个选对滤波频段，另外看共模电感频率阻抗特性图，最后，加到敏感源或者干扰源端。