怎樣抑制來(lái)自電路板端口的共模干擾？
怎樣抑制來(lái)自電路板端口的共模干擾？
我們都知道，共模干擾的能量最終是需要返回大地的，抑制來(lái)自端口的共模干擾，一般可從如下方面考慮：
一、堵塞加疏導(dǎo)的方式，在端口的合適位置，放置共模電感，失配共模通路的阻抗，讓共模信號(hào)不從關(guān)鍵的位置通過(guò);
二、若端口需對(duì)外供電，采用隔離電源供電，讓隔離電源的隔離層阻隔衰減共模信號(hào)，降低從電源端引入的共模信號(hào)。
三、采用端口和電源全隔離的方式，徹底切斷共模信號(hào)的傳導(dǎo)通路。
如，現(xiàn)在很多I/O控制板卡，采用繼電器輸出，每幾路或是每路都搭配一個(gè)微功率的隔離DC-DC，如E0505BLS-1W，把端口內(nèi)的系統(tǒng)跟外界完全隔開(kāi)。
我再放個(gè)圖上去，給你看一下，更明顯一些。
生物電放大器消除共模干擾的方法
生物電放大器消除共模干擾的方法為串聯(lián)磁環(huán)進(jìn)行干擾。通過(guò)串聯(lián)磁環(huán)（或增大共模阻抗），防止共模電壓轉(zhuǎn)化為差模電壓，干擾敏感電路。
但要注意PCB的布線，不僅使PCB板的各個(gè)電路對(duì)其參考地（數(shù)字地GND，而非接地產(chǎn)品的機(jī)殼地PG）保持零電位，而且在I/O、RST、CS（片選）等關(guān)鍵信號(hào)的濾波電路放置。
如何解決電磁干擾（EMI / RFI）/射頻干擾
電磁干擾EMI中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過(guò)導(dǎo)線或公共電源線進(jìn)行傳輸，互相產(chǎn)生干擾稱為傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾給不少電子工程師帶來(lái)困惑，如何解決傳導(dǎo)干擾？找對(duì)方法，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，傳導(dǎo)干擾其實(shí)很容易解決，只要增加電源輸入電路中 EMC 濾波器的節(jié)數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整每節(jié)濾波器的參數(shù)，基本上都能滿足要求，第七屆電路保護(hù)與電磁兼容研討會(huì)主辦方總結(jié)八大對(duì)策，以解決對(duì)付傳導(dǎo)干擾難題。
對(duì)策一：盡量減少每個(gè)回路的有效面積
傳導(dǎo)干擾分差模干擾 DI 和共模干擾 CI 兩種。
先來(lái)看看傳導(dǎo)干擾是怎么產(chǎn)生的。如圖 1 所示，回路電**生傳導(dǎo)干擾。這里面有好幾個(gè)回路電流，我們可以把每個(gè)回路都看成是一個(gè)感應(yīng)線圈，或變壓器線圈的初、次級(jí)，當(dāng)某個(gè)回路中有電流流過(guò)時(shí)，另外一個(gè)回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生干擾。減少干擾的最有效方法就是盡量減少每個(gè)回路的有效面積。
對(duì)策二：屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導(dǎo)體的面積和長(zhǎng)度
如圖 2 所示，e1、e2、e3、e4 為磁場(chǎng)對(duì)回路感應(yīng)產(chǎn)生的差模干擾信號(hào);e5、e6、e7、e8 為磁場(chǎng)對(duì)地回路感應(yīng)產(chǎn)生的共模干擾信號(hào)。共模信號(hào)的一端是整個(gè)線路板，另一端是大地。線路板中的公共端不能算為接地，不要把公共端與外殼相接，除非機(jī)殼接大地，否則，公共端與外殼相接，會(huì)增大輻射天線的有效面積，共模輻射干擾更嚴(yán)重。
降低輻射干擾的方法，一個(gè)是屏蔽，另一個(gè)是減小各個(gè)電流回路的面積（磁場(chǎng)干擾），和帶電導(dǎo)體的面積及長(zhǎng)度（電場(chǎng)干擾）。
對(duì)策三：對(duì)變壓器進(jìn)行磁屏蔽、盡量減少每個(gè)電流回路的有效面積
如圖 3 所示，在所有電磁感應(yīng)干擾之中，變壓器漏感產(chǎn)生的干擾是最嚴(yán)重的。如果把變壓器的漏感看成是變壓器感應(yīng)線圈的初級(jí)，則其它回路都可以看成是變壓器的次級(jí)，因此，在變壓器周?chē)幕芈分?，都?huì)被感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號(hào)。
減少干擾的方法，一方面是對(duì)變壓器進(jìn)行磁屏蔽，另一方面是盡量減少每個(gè)電流回路的有效面積。
對(duì)策四：用銅箔對(duì)變壓器進(jìn)行屏蔽
如圖 4 所示百科，對(duì)變壓器屏蔽，主要是減小變壓器漏感磁通對(duì)周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁感應(yīng)干擾，以及對(duì)外產(chǎn)生電磁輻射干擾。從原理上來(lái)說(shuō)，非導(dǎo)磁材料對(duì)漏磁通是起不到直接屏蔽作用的，但銅箔是良導(dǎo)體，交變漏磁通穿過(guò)銅箔的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦**生的磁場(chǎng)方向正好與漏磁通的方向相反，部分漏磁通就可以被抵消，因此，銅箔對(duì)磁通也可以起到很好的屏蔽作用。
對(duì)策五：采用雙線傳輸和阻抗匹配
如圖 5 所示，兩根相鄰的導(dǎo)線，如果電流大小相等，電流方向相反，則它們產(chǎn)生的磁力線可以互相抵消。對(duì)于干擾比較嚴(yán)重或比較容易**擾的電路，盡量采用雙線傳輸信號(hào)，不要利用公共地來(lái)傳輸信號(hào)，公共地電流越小干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度等于或大于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，傳輸信號(hào)的線路一定要考慮阻抗匹配，不匹配的傳輸線會(huì)產(chǎn)生駐波，并對(duì)周?chē)娐樊a(chǎn)生很強(qiáng)的輻射干擾。
對(duì)策六：減小電流回路的面積
如圖 6 所示，磁場(chǎng)輻射干擾主要是流過(guò)高頻電流回路產(chǎn)生的磁通竄到接收回路中產(chǎn)生的，因此，要盡量減小流過(guò)高頻電流回路的面積和接收回路的面積。
式中：e1、 Φ1、S1、B1 分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、磁通、面積、磁通密度; e2、 Φ2、S2、B2 分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、磁通、面積、磁通密度。
下面以圖 7 示意，對(duì)電流回路輻射進(jìn)行詳解。如圖，S1 為整流輸出濾波回路，C1 為儲(chǔ)能濾波電容，i1 為回路高頻電流，此電流在所有的電流回路中**，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾也最嚴(yán)重，應(yīng)盡量減小 S1 的面積。
在 S2 回路中，基本上沒(méi)有高頻回路電流，?I2 主要是電源紋波電流，高頻成分相對(duì)很小，所以 S2 的面積大小基本上不需要考慮。
C2 為儲(chǔ)能濾波電容，專門(mén)為負(fù)載 R1 提供能量，R1、R2 不是單純的負(fù)載電阻，而是高頻電路負(fù)載，高頻電流 i3 基本上靠 C2 提供，C2 的位置相對(duì)來(lái)說(shuō)非常重要，它的連接位置應(yīng)該考慮使 S3 的面積最小，S3 中還有一個(gè)?I3，它主要是電源紋波電流，也有少量高頻電流成份。 在 S4 回路中，基本上也沒(méi)有高頻回路電流，?I4 主要為電源紋波電流，高頻成分相對(duì)很小，所以 S4 的面積大小基本上也不需要考慮。 S5 回路的情況基本上與 S3 回路相同，i5 的電流回路面積也應(yīng)要盡量的小。
對(duì)策七：不要采用多個(gè)回路串聯(lián)供電
圖 7 中的幾個(gè)電流回路，互相串聯(lián)在一起進(jìn)行供電，很容易產(chǎn)生電流共模干擾，特別是在高頻放大電路中，會(huì)產(chǎn)生高頻噪音。
電流共模干擾的原因是： ?I2 = ?I3+ ?I4+ ?I5
而圖 8 中各個(gè)電流回路，互相分開(kāi)，采用并聯(lián)供電，每個(gè)電流回路都是獨(dú)立的，不會(huì)產(chǎn)生電流共模干擾。
對(duì)策八：避免干擾信號(hào)在電路中產(chǎn)生諧振
如圖 9 所示，共模天線的一極是整個(gè)線路板，另一極是連接電纜中的地線。要減小輻射干擾最有效的方法是對(duì)整個(gè)線路板進(jìn)行屏蔽，并且外殼接地。
電場(chǎng)輻射干擾的原因是高頻信號(hào)對(duì)導(dǎo)體或引線進(jìn)行充電，應(yīng)該盡量減小導(dǎo)體的長(zhǎng)度和表面積。磁場(chǎng)干擾的原因是在導(dǎo)體或回路中有高頻電流流過(guò)，應(yīng)該盡量減小線路板中電流回路的長(zhǎng)度和面積。頻率越高，電磁輻射干擾就越嚴(yán)重;當(dāng)載流體的長(zhǎng)度可以與信號(hào)的波長(zhǎng)比擬時(shí)，干擾信號(hào)輻射將增強(qiáng)。
當(dāng)載流體的長(zhǎng)度正好等于干擾信號(hào)四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍的時(shí)候，干擾信號(hào)會(huì)在電路中產(chǎn)生諧振，這時(shí)輻射干擾最強(qiáng)，這種情況應(yīng)盡量避免。看到這里，是否覺(jué)得按此八步走，傳導(dǎo)干擾盡在掌握之中？**附上各種干擾脈沖波形的頻譜供大家參考（如圖 10）。任何一個(gè)非正弦波都可以看成是非常多個(gè)上升和下降速率不同的信號(hào)（或不同頻率的正弦波）相互迭加而成，電磁輻射強(qiáng)度與電壓或電流的變化速率成正比。
共模干擾是怎么回事？
共模干擾：一般指在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生的幅度相等，相位相同的噪聲。1.什么是共模干擾和差模干擾 電壓電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有二種形態(tài),我們將此稱做\”共模\”和\”差模\”.設(shè)備的電源線,電話等的通信線,與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào).但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是\”地線\”.干擾電壓和電流分為兩種:一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回路傳輸.前者叫\(zhòng)”差模\”,后者叫\(zhòng)”共模\”. 2.什么是共模殘壓 什么是共模殘壓 在規(guī)定波形,標(biāo)稱放電電流沖擊氧化鋅閥片,閥片兩端測(cè)到的電壓峰值,稱為殘壓. 殘壓與壓敏電壓的比值,殘壓比.雷擊,閃電會(huì)在輸入/輸出電源線上產(chǎn)生瞬間高壓,大電流,影響用戶設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞.艾默生系列UPS具有雙重防雷保護(hù)及國(guó)際安規(guī)設(shè)計(jì).除在UPS內(nèi)部設(shè)置了專門(mén)的防雷電路外,還備有選件C級(jí)防雷箱,該防雷箱滿足如下標(biāo)準(zhǔn):IEC 1312-3《雷電電磁脈沖的防護(hù) 第3部分:浪涌保護(hù)器的要求》 ,IEC 1000-4《電磁兼容性實(shí)驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)》,IEC-60664,IEC-61312,IEC-61643.內(nèi)部設(shè)有過(guò)流保護(hù)與告警電路干接點(diǎn),面板有顯示防雷狀態(tài)指示燈.能耐受雷擊電流波形為8/20μs ,共模幅值為20KA;差模幅值為10KA的沖 擊;共模殘壓不高于2.5KV,差模殘壓不高于2KV. 防雷裝置應(yīng)能承受模擬雷擊電壓波形為10/700μs,電壓幅值為5KV的沖擊;共模殘壓不高于2.5KV,差模殘壓不高于2KV.即實(shí)現(xiàn)UPS的防雷保護(hù)還可以完成對(duì)計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)**的防雷保護(hù). 共模干擾是在信號(hào)線與地之間傳輸，屬于非對(duì)稱性干擾。
差模干擾和共模干擾到底是怎么產(chǎn)生的。麻煩說(shuō)的通俗點(diǎn)
干擾產(chǎn)生的原因，是一致的，無(wú)非就是電流經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)之后，因?yàn)橥〝啵茐牧嗽械牟ㄐ?，就像水里被丟入石子，產(chǎn)生波紋是一樣的道理。假設(shè)各種條件都是靜止的，如果沒(méi)有石子，水面會(huì)有波紋產(chǎn)生嗎？以上是共模干擾和差模干擾的產(chǎn)生機(jī)理。
共模干擾和差模干擾的區(qū)別是，傳輸?shù)耐緩讲灰粯?共模干擾是存在相線/中線與地之間的，而差模干擾是存在于相線與相線/中線之間的。
請(qǐng)問(wèn)如果想要通過(guò)磁環(huán)去除共模干擾，那么其接法是火線跟零線一起穿過(guò)磁環(huán)還是分開(kāi)分別各穿一個(gè)磁環(huán)呢？
磁環(huán)的應(yīng)用抑制共模信號(hào)干擾時(shí)，磁環(huán)可以將信號(hào)（連根差分信號(hào)線）或電源線（正負(fù)線）同時(shí)穿過(guò)磁環(huán)，為了增加效果，可以在磁環(huán)上對(duì)稱的繞幾圈，增加電感量，增強(qiáng)對(duì)共模信號(hào)的吸收效果，但是對(duì)差摸信號(hào)沒(méi)有影響。
