關于EMI噪聲抑制：應該了解哪些共模？

我們在使用電子設備時通常會受到噪音的影響。在某些情況下，噪聲會引起故障或已經造成了嚴重的損失。因此，噪聲抑制對于所有電子設備都是必不可少的。所以，存在著各種噪聲應對策略。

你知道共模噪聲嗎？據說“很難處理”，對于電子設備制造商來說，正確理解共模噪聲并制定對策至關重要。在本文中，英銳恩單片機開發工程師將解釋什么是共模噪聲以及主要用作對策的共模濾波器。

一、噪音類型

電子電路的基本原理是它們通過傳輸電信號來工作，但是噪聲總是附加在電信號上。噪音首先是指“需要的信號以外”的信號，但對于用電的設備來說，受到干擾是絕對不可避免的，因為它們不僅可能來自本身電源電路，也可能來自周圍環境。

這種噪聲有幾種類型：

一是雷擊、靜電等自然噪聲，以及設備產生的人為噪音。后者的人工噪聲也各不相同，但其中一種稱為EMI（電磁接口），其中無線電波和高頻電磁波成為噪聲。

由于這種EMI是無線電波和電磁波，它不僅會導致設備本身出現故障，還可能從設備中輻射出來，影響其他設備。這種EMI進一步分為設備發出的輻射噪聲和影響電路中電纜和電線的傳導噪聲。

這次引入的共模噪聲被歸類為傳導噪聲。根據“信號傳輸方式”的不同，又分為常（差）模噪聲和共模噪聲，分別需要采取不同的措施。

二、共模與普通模式

這里的模式是指信號的傳輸方式。

①什么是普通模式？

通常，如果只有一根導體，輸入信號和噪聲將按原樣傳輸。然后，這個信號在傳送到負載和另一個電路的同時通過，最后返回到原來的位置。

作為理所當然的事，該波形的電流（返回路徑）的在所述時間的返回是相反在輸入時。意思是你在路上開車，如果你掉頭，你會向相反的方向轉彎。這種信號的傳輸方式稱為正常模式，或差分模式，因為返回路徑上的相位不同。

在差模下，輸入信號與返回信號的關系非常明確，因此相對容易采取抗噪措施。

②什么是共模？

并非所有電子電路都采用正常模式。在返回路徑上，信號可能經過一些地或外殼后返回，因此可能與輸入時的波形同相，這是稱為共模的信號傳輸。

common 以“相同”的意思命名。當然，這意味著噪聲以相反的相位返回。之所以采用這樣的路徑有多種因素，但一個是接地（參考電位）和接地/外殼之間存在雜散電容差異，這會導致阻抗差異。諸如這種阻抗的不平衡是共模的來源，其影響將受到強烈影響。這是因為如果阻抗像輸入時一樣高，它會阻止交流電和噪聲的通過，但在這里它會降低。

③ 為什么共模是個大問題？

共模被認為在噪聲抑制方面非常困難。

首先，在共模中，噪聲的傳輸方式變得復雜。在普通模式下，它通過簡單的線路傳輸，因此在該線路上采取噪聲對策就足夠了。但是，由于共模是通過接地和外殼發生的，因此不清楚在哪里采取措施。

其次，我們不知道噪音從哪里以及如何穿過地球。此外，由于它在地面等處繪制一個大循環時返回，因此可能會影響遠處的設備。而且，同相返回的信號重疊變大，噪聲相應增大的情況也很多。

這樣，噪聲管理難度大，影響大，因此共模及其噪聲對策成為電子設備的一大難題。

三、共模應對措施

以下是兩種可將共模效應降至最低的噪聲對策。

對策1：利用差分數據傳輸

如上所述，共模發生在阻抗不平衡時。換句話說，為了抑制這種影響，需要匹配阻抗。因此，差分傳輸數據是有效的。目前，這種差分傳輸是高速數字通信的主流。

傳統的，使用單條信號線的單端傳輸已用于數據傳輸。單端傳輸是相對地，根據電壓高低決定“1”“0”或“H”“L”。單端簡單，可以低成本實現，但隨著速度的增加，信號表現跟不上，信號隨距離衰減，線材長度有限，產生噪聲。一個缺點是它很弱。

另一方面，差分傳輸是一種使用兩條信號線，發送相位為180°C的相反信號的方法。換句話說，這意味著創建一個普通模式。這也稱為差分輸入或平衡連接。如果可以創建差分傳輸，則信號將以相等的幅度傳輸，并且不易受到噪聲和接地的影響。此外，其他條件如阻抗相同，只是相位不同，理論上不會產生共模噪聲。

然而，這是“理論上”的。在實際差分傳輸中，兩條信號線的特性不可能完全相同，從而導致不平衡。結果，結果證明僅假設正常模式的噪聲對策是不夠的。

另一種有效的方法是共模濾波器。

對策2：共模濾波器

共模濾波器是一種對抗共模的對策元件，共模發生在無法產生完美平衡狀態的電路中。一般使用電感（線圈）的性質。電容器等普通噪聲抑制濾波器按頻率區分信號的必要性。

但是，共模濾波器根據模式（例如“普通”或“正?！保┨崛”匾男盘?，并去除噪聲。之所以可以進行這種分離，是因為共模濾波器將兩個導體合并為一根導線，并具有繞芯纏繞的線圈形狀。

這兩個導體以相同的方向纏繞。換言之，它具有兩個扼流圈合為一體的結構。當電流流過線圈時，鐵芯中會產生磁場，其作用是防止電流和磁場發生變化（自感）。另外，阻抗變高，有直流和低頻信號可以通過，交流和高頻信號不能通過的特性。

在差動傳輸中，在去路和返回路徑上流動的信號是異相的，因此在鐵芯中產生的磁通方向也相反，從而抵消了磁通。換句話說，它起到普通導體的作用，可以毫無問題地傳輸信號。

另一方面，在共模中，同相信號同時流向去路和返回路徑，因此磁芯中產生的磁通量也具有相同的方向，像噪聲一樣重疊，變強變大。換句話說，發生自感應，線圈工作以阻止共模信號的通過。

現在，從共模信號中去除噪聲的共模濾波器已被用于各種高速數字設備中。如今，它變得越來越小，因此也用于筆記本電腦和手機等小型電子設備中。

以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的“關于EMI噪聲抑制：應該了解哪些共模？”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。