在接收噪聲時(shí)則情況相反。許多噪聲往往是在共模侵入的,但是,當(dāng)電路出現(xiàn)故障或被破壞時(shí),最終會(huì)變成普通模式。在這種情況下,從共模轉(zhuǎn)換為普通模式就是一個(gè)問(wèn)題。由于噪聲發(fā)射和接收機(jī)制相同,為了便于解釋,我們僅著重于噪聲發(fā)射。
如圖所示,本章節(jié)首先介紹了噪聲通過(guò)導(dǎo)體傳輸存在的兩種模式(共模和普通模式),然后介紹了普通模式到共模的轉(zhuǎn)換。普通模式常常表現(xiàn)為差模。不過(guò),為了避免與差分信號(hào)混淆,本課程中將其稱為噪聲的普通模式。
噪聲的導(dǎo)體傳導(dǎo)
由于噪聲是一種電能,如果連接了導(dǎo)體,噪聲就會(huì)通過(guò)導(dǎo)體傳導(dǎo)。但是,如果導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)類似電纜的集束,可通過(guò)兩種不同的方式解釋噪聲傳導(dǎo): 共模和普通模式。其中,共模會(huì)導(dǎo)致很強(qiáng)的無(wú)線電波發(fā)射和接收,并且具有復(fù)雜的機(jī)制,常常對(duì)工程師進(jìn)行噪聲抑制造成問(wèn)題。
本章節(jié)將首先解釋共模和普通模式,然后介紹消除噪聲的EMI靜噪濾波器的基本結(jié)構(gòu)。共模的產(chǎn)生將在下一個(gè)章節(jié)解釋,因?yàn)樗婕耙粋€(gè)特殊概念。
共模噪聲
(1) 電纜作為天線發(fā)射噪聲的示例
圖1中的測(cè)試再現(xiàn)了電子設(shè)備噪聲抑制中經(jīng)常出現(xiàn)的情形。
通過(guò)接口電纜連接電子設(shè)備(噪聲抑制前),測(cè)量電纜作為天線發(fā)射的噪聲。如果沒(méi)有電纜,噪聲電平非常低,如圖1(a)所示。但是,連接了電纜時(shí),在100MHz到300MHz的頻率范圍內(nèi)噪聲增加,如圖1(b)所示。[page]
可以這樣理解: 在此狀態(tài)下,電子設(shè)備發(fā)射的噪聲從連接器傳導(dǎo)至接口電纜,然后以電纜作為天線進(jìn)行發(fā)射。
(2) 研究傳導(dǎo)噪聲的線路
電纜內(nèi)有多根導(dǎo)線。那么,在圖1的測(cè)試中,傳導(dǎo)噪聲的是哪根導(dǎo)線?
一般而言,接口電纜包括接地線,電源線和信號(hào)線等。圖1的情況實(shí)際上是屏蔽電纜,噪聲也可能通過(guò)屏蔽傳導(dǎo)。因此,將具有與接口電纜相同形狀的單根 導(dǎo)線連接至相應(yīng)線路相連的連接器內(nèi)的端子,然后測(cè)量噪聲。測(cè)量結(jié)果如圖2所示。在此我們選擇了速度相對(duì)較低的信號(hào)線作為代表。
參照?qǐng)D2的結(jié)果可以得知,雖然多少有些不同,但無(wú)論連接哪條線路,都會(huì)發(fā)射幾乎與圖1(b)所示趨勢(shì)相同的噪聲。當(dāng)如圖2(d)所示連接到屏蔽接地時(shí),也會(huì)發(fā)射噪聲。
圖2中的結(jié)果表明,無(wú)論電纜連接到連接器內(nèi)的哪個(gè)端子,都會(huì)引起共同的噪聲。如上所述,通過(guò)電纜內(nèi)導(dǎo)線共同傳導(dǎo)的噪聲被稱為共模噪聲。
(3) 疊加到接地的噪聲也被稱為共模噪聲
相反,電路的接地一般為電壓的基準(zhǔn)點(diǎn),也就是發(fā)射噪聲最少的地方。如果如圖2(c),(d)所示噪聲疊加到接地,同樣的噪聲將疊加到電源和信號(hào)。因此,疊加到接地的噪聲有時(shí)也被稱為共模噪聲。
盡管共模噪聲是噪聲抑制要處理的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題,但卻是有著復(fù)雜概念和機(jī)制且難以從邏輯上解釋的成分。首先本章節(jié)將介紹共模的成分是如何傳輸?shù)模缓笙乱粋€(gè)章節(jié)將介紹導(dǎo)致共模噪聲的機(jī)制。[page]
噪聲傳導(dǎo)的兩種模式
(1) 共模和普通模式
電路以電流沿路徑流動(dòng)一周為基礎(chǔ)。如果按圖3(a)所示截取電路的一部分作為電纜,電纜有兩根導(dǎo)線,分別供電流進(jìn)入和流出。相同大小的電流以相反的方向相互流動(dòng)。因此,總和始終為零。這種電流流動(dòng)的方式被稱為普通模式。
相反,電流可能在電纜內(nèi)的線路中以相同方向流動(dòng),如圖3(b)所示。這種方式被稱為共模。共模是電流的一個(gè)成分,不管什么形狀的線路都承受相同電 壓,電流在圖中向同一方向流動(dòng)。從圖中可得知,此電流是經(jīng)由地線所保持負(fù)載的浮動(dòng)靜電容量泄漏的電流所導(dǎo)致,然后經(jīng)過(guò)地線回到噪聲源。(電流也可能是負(fù)載 和噪聲源之間的直接連接所導(dǎo)致而不經(jīng)過(guò)地線)
(2) 線路很多時(shí)
即使電纜內(nèi)有很多導(dǎo)線共用接地,使電路變得復(fù)雜,只要沒(méi)有繞路或者電流泄漏,整個(gè)電纜中電流總和就會(huì)為零,如圖4(a)所示。這種狀態(tài)也被稱為普通模式。如果如上所述有很多線路,每根線路的電流大小不一定要相同。
圖4(b)展示了共模應(yīng)用于相同電路的電流。在這種情況下,導(dǎo)線電流的方向與參照地線的相應(yīng)電壓的方向相同。這就意味著共模下線路電壓為零。因此,共模噪聲具備難以用示波器等一般測(cè)量設(shè)備來(lái)觀測(cè)的特性。
最終,每條線路上流過(guò)的電流為普通模式和共模的總電流。盡管我們能根據(jù)圖示清楚地描述,但通常很難從每條線路上流過(guò)的電流中區(qū)分這2種。因此,通過(guò)觀察方法來(lái)推測(cè)噪聲模式對(duì)于抑制噪聲是很重要的。
[page]普通模式和差模
(1) 普通模式也稱為差模
如圖3所示兩條線路上的普通模式有時(shí)也稱為差模。因?yàn)榇颂幱懻摰那闆r也包括線路很多時(shí)的情況(如圖4),我們通常稱之為普通模式,只有在特指一對(duì)電線時(shí)(如差分信號(hào)),才稱其為差模。
(2) 普通模式也用于電路運(yùn)行
除了噪聲傳導(dǎo)之外,普通模式和共模也用于電路運(yùn)行和信號(hào)傳輸。通常,普通模式用作圖3中的信號(hào)源。
近年來(lái),差分信號(hào)已經(jīng)用于很多傳輸高頻信號(hào)的電路。正如其名,差分信號(hào)就是通過(guò)差模(普通模式)傳輸信號(hào)。但是,因?yàn)槠渌盘?hào)有時(shí)疊加到傳輸,共模也可能疊加使用。在這種情況下,電纜需要進(jìn)行屏蔽,才能防止共模被發(fā)射并轉(zhuǎn)化為噪聲。
噪聲發(fā)射的影響
(1) 普通模式噪聲發(fā)射
當(dāng)噪聲通過(guò)電纜傳導(dǎo)時(shí),普通模式會(huì)導(dǎo)致非常少量的噪聲發(fā)射。這是因?yàn)榍斑M(jìn)電流和回流電流分別形成的磁場(chǎng)在觀察點(diǎn)處相互抵消,如圖5所示。為減少發(fā)射,電纜區(qū)域可采用雙絞線或屏蔽電纜。
電纜連接的印刷電路板有著更寬的導(dǎo)線間距,如圖5所示。在這里,前進(jìn)電流和回流電流的抵消作用被減弱,線路像一根環(huán)形天線一樣。因此,盡管是普通模式,還是會(huì)從此區(qū)域發(fā)射出對(duì)應(yīng)于環(huán)形區(qū)域的噪聲。
即使電纜尚未連接,如圖6所示運(yùn)行電路的電流為普通模式,構(gòu)成電路的線路形成一個(gè)環(huán)路天線,以同樣方式產(chǎn)生的噪聲發(fā)射。因此,為減少印刷電路板發(fā) 射的噪聲,需要設(shè)計(jì)圖案形狀以縮小電流環(huán)路面積。采用了多層線路板的接地層可減小電流環(huán)路的面積,因?yàn)殡娏骺梢灾苯釉谛盘?hào)線下方回流。
(2) 共模噪聲發(fā)射
與普通模式不同,當(dāng)噪聲在共模下通過(guò)電纜傳導(dǎo)時(shí),不會(huì)獲得抵消效應(yīng)。如圖7所示,相應(yīng)電流形成的電磁場(chǎng)在測(cè)量點(diǎn)處相互增強(qiáng)。在同樣的電流流動(dòng)下,共模發(fā)射的無(wú)線電波遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于普通模式(可能強(qiáng)1000倍左右)。因此,抑制共模電流對(duì)于減少噪聲發(fā)射非常重要。[page]
共模電流通常經(jīng)由浮動(dòng)靜電容量流動(dòng)(如圖7所示),由于其阻抗高,在低頻范圍內(nèi)電流不會(huì)很大。但是,在高頻范圍內(nèi),整個(gè)結(jié)構(gòu)作為天線,共模產(chǎn)生的發(fā)射可能會(huì)很強(qiáng),因?yàn)樽杩菇档?,電流很容易流?dòng)。
此外,普通模式電流是用于電路運(yùn)行的電流模式,不可能通過(guò)濾波器完全消除。相反,共模通常是不必要的成分,因而可以根據(jù)需要通過(guò)濾波器消除。靜噪濾波器的結(jié)構(gòu)將在后文講述。
靜噪濾波器的結(jié)構(gòu)
(1) 通過(guò)電容器和電感器組成低通濾波器
一般而言,使用電容器(C)和電感器(L)在作為噪聲傳輸路徑的電纜的中間及連接點(diǎn)組成一個(gè)低通濾波器,以便阻止噪聲傳導(dǎo)。第6章將詳細(xì)介紹低通濾波器,因此本章只是解釋基本濾波器結(jié)構(gòu)。
(2) 普通模式用濾波器
如圖8所示,可在線路中加入一個(gè)電容器并串聯(lián)阻抗元件(扼流線圈或鐵氧體磁珠等)組成普通模式用濾波器。
普通模式噪聲電流的方向與電路運(yùn)行中電流的方向一致。因此,通過(guò)濾波器消除噪聲時(shí),也會(huì)同時(shí)消除電路運(yùn)行所需的一些成分。通過(guò)調(diào)整L和C的值,使低通濾波器的截止頻率不會(huì)消除電路運(yùn)行所必須的成分。
此外,如圖8所示,如何使用阻抗元件隨著電路和電纜情況而變化。如果所有線路都像商用電源線一樣以接地為參照漂浮布置,電路會(huì)被視為平衡電路,兩條線路都會(huì)使用阻抗元件。為此,需要保持平衡,使阻抗相同。
如果一側(cè)接地,例如在數(shù)字電路中,電路會(huì)被視為不平衡電路,通常接地不會(huì)使用阻抗元件。但是,如果接地感應(yīng)到噪聲(也就是說(shuō)感應(yīng)到共模噪聲),也可在接地側(cè)使用阻抗元件。
在此,“平衡”和“不平衡”指的是在傳導(dǎo)普通模式時(shí)如何參照地線保持電壓。如果電壓平衡地施加于兩條線路,則可以稱之為平衡; 如果電壓集中在一條線路上,則稱之為不平衡。不平衡電路的另外一條線路是接地線,幾乎不承受任何電壓。
[page](3) 共模用濾波器
如圖9所示,將電容器連接到接地(稱為Y電容器),組成一個(gè)共模用濾波器。應(yīng)當(dāng)盡可能地使用共模扼流線圈作為阻抗元件。如果電纜中有很多導(dǎo) 線,可以將電纜繞在鐵氧體磁芯上或者將電纜夾在鐵氧體磁心中,形成一種共模扼流線圈,如圖10所示。共模扼流線圈將在下一章中詳細(xì)介紹。
產(chǎn)生共模噪聲時(shí),噪聲可能會(huì)出現(xiàn)在與Y電容器相連的接地上。這時(shí),Y電容器的效果減弱,因?yàn)閅電容器沒(méi)有連接到合適的接地。
在這種情況下,需要單獨(dú)構(gòu)建與Y電容器相連的接地點(diǎn)。如圖所示,接地的線路用于構(gòu)成噪聲源噪聲的返回路徑。
[page](4) 適用于共模和普通模式的濾波器
商用電源線使用的靜噪濾波器通常針對(duì)共模和普通模式的混合噪聲提供措施,因而包括可以處理兩種模式的濾波器。圖11所示為典型的電路結(jié)構(gòu)[參考文獻(xiàn) 4]。此例展示了作為阻抗元件的共模扼流線圈。但是,如果普通模式噪聲很強(qiáng),阻抗可能會(huì)不足,因此在使用濾波器時(shí),可以針對(duì)普通模式增加一個(gè)扼流線圈。
濾波器靜噪的示例
(1) 通過(guò)商用電源線傳導(dǎo)的噪聲
盡管圖1給出了測(cè)量電子設(shè)備接口電纜所發(fā)射噪聲的示例,但是相對(duì)較低頻率范圍內(nèi)的噪聲傳導(dǎo)卻成為電子設(shè)備電源線面臨的一個(gè)問(wèn)題。在電源線中,共模和普通模式也是問(wèn)題所在。
開(kāi)關(guān)電源是發(fā)射噪聲到電源線的典型噪聲源之一。圖12給出了測(cè)量開(kāi)關(guān)電源噪聲的示例。
交流電源線上的噪聲測(cè)量使用了一種探針,用于測(cè)量如圖12(a)所示電源線上的LISN(Line Impedance Stabilizing Network: 線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))噪聲,并測(cè)量通過(guò)電源線傳導(dǎo)的噪聲。此處,在去除內(nèi)置于開(kāi)關(guān)電源靜噪濾波器的情況下進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量的頻率范圍為150kHz到 30MHz,使用了頻譜分析儀測(cè)量峰值。
如圖12(b)的測(cè)量結(jié)果所示,在150kHz的整數(shù)倍處觀察到了強(qiáng)烈的噪聲; 150kHz是開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率。因?yàn)閳D表中的頻率軸為對(duì)數(shù),在超過(guò)1MHz的高頻率范圍內(nèi)噪聲間隔似乎更小。但是,仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn),這個(gè)范圍內(nèi)的間隔也是150kHz。
[page](2) 噪聲模式的分離
圖12中所示的測(cè)量結(jié)果表示了每條線路到接地的電壓。盡管測(cè)量結(jié)果顯示為Va和Vb,但在兩條線路上觀察到了幾乎相同電平的噪聲。這就是觀察共模和普通模式的混合。通常噪聲規(guī)定會(huì)設(shè)定一個(gè)電壓限值。
如果您使用特定的LISN(如支持CISPR 16的LISN),可以分別觀察到噪聲中的共模和普通模式。圖13顯示了從圖12的測(cè)量結(jié)果中分離出來(lái)的結(jié)果。在圖中,Sym(對(duì)稱)表示普通模式,而Asym(不對(duì)稱)表示共模。
圖13的測(cè)量結(jié)果表明,普通模式在開(kāi)關(guān)電源的較低頻率范圍內(nèi)更強(qiáng),而共模在較高頻率范圍內(nèi)更強(qiáng)。這種趨勢(shì)在開(kāi)關(guān)電源中很常見(jiàn)。
(3) 驗(yàn)證靜噪濾波器的效果
圖14展示了驗(yàn)證圖11所示靜噪濾波器的各個(gè)遠(yuǎn)件對(duì)于圖13所示開(kāi)關(guān)電源噪聲的效果如何的結(jié)果。
圖14(a)給出了連接圖11所示所有組件時(shí)的測(cè)量結(jié)果。相比圖13(b)中未使用這些元件時(shí)的測(cè)量結(jié)果,噪聲得到了很好地抑制。
圖14(b)到(d)顯示了逐個(gè)減去圖11所示靜噪濾波器元件時(shí)的結(jié)果。可以得知,X電容器主要對(duì)普通模式有效,Y電容器主要對(duì)共模有 效,而共模扼流線圈對(duì)兩種模式都有效。因此,可以確定,對(duì)于消除本示例中所示普通模式和共模的混合噪聲,這三個(gè)元件都是不可或缺的。
(4) 在完全消除噪聲后減去某元件可輕易看出其效果
一般而言,即使逐個(gè)連接每個(gè)元件,也很難成功地觀察到噪聲抑制的效果,因?yàn)槲⑷踉肼暤娜魏胃淖兌急粡?qiáng)烈噪聲所掩蓋。因此,首先創(chuàng)建如圖 14(a)所示的噪聲抑制狀態(tài),然后逐個(gè)減去各個(gè)元件,以便驗(yàn)證每個(gè)元件的效果,從而輕易判定每個(gè)元件的作用和必要性。這種方法不僅適用于檢查傳 導(dǎo)的噪聲,而且也適用于針對(duì)發(fā)射的噪聲采取措施時(shí)驗(yàn)證各元件的有效性。[page]
盡管可能出乎您的意料,但共模扼流線圈也在消除圖14(c)普通模式中發(fā)揮了作用。這是因?yàn)楣材6罅骶€圈包括了針對(duì)普通模式的較小電感。電源使用共模扼流線圈時(shí),較小的電感有時(shí)會(huì)以這種方式對(duì)普通模式產(chǎn)生影響。共模扼流線圈解釋中將介紹進(jìn)一步的詳細(xì)信息。
差分信號(hào)的共模噪聲
(1) 差分信號(hào)的傳輸
近年來(lái),差分信號(hào)更加普遍地用于高速數(shù)字傳輸,如USB等。差分信號(hào)包含共模噪聲,但與之前所解釋的稍有差別。
差分信號(hào)向1對(duì)線路的每條線路施加一個(gè)反相信號(hào)(如圖15所示),接收器側(cè)通過(guò)線路電壓接收信號(hào)。如果這兩個(gè)電流相互對(duì)稱,電流成分只是普通模式,因此根據(jù)圖5所示的機(jī)制會(huì)導(dǎo)致較小的噪聲。
此外,如果從外側(cè)接收到噪聲感應(yīng),則不太可能受到影響。后文將會(huì)講到,這是因?yàn)閺耐鈧?cè)感應(yīng)到電纜的噪聲為共模,不會(huì)導(dǎo)致接收器的線路之間存在任何電壓。[page]
(2) 差分信號(hào)中產(chǎn)生的共模噪聲
但是,如果兩條線路所傳輸信號(hào)有輕微的不平衡,則不平衡的成分會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣材?。如圖16所示,導(dǎo)致不平衡的因素包括:
(a)上升或下降的時(shí)間偏差
(b)上升和下降的速度偏差
(c)電壓或電流的大小偏差
(d)疊加的共模噪聲
您可能會(huì)說(shuō)(a)到(c)是形成信號(hào)波形時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題而不是噪聲問(wèn)題(稱為信號(hào)完整性: SI)。了驅(qū)動(dòng)器,接收器的IC原因以外,還可能是因?yàn)閷?dǎo)線長(zhǎng)度的差別,導(dǎo)線彎曲或者終端電阻器阻抗的差別導(dǎo)致信號(hào)波形產(chǎn)生不平衡。如上所述,觀察到因信 號(hào)波形不平衡導(dǎo)致的共模噪聲,其形式為噪聲頻譜中信號(hào)頻率的諧波。
(d)常出現(xiàn)于外部噪聲施加到驅(qū)動(dòng)器,接收器的電源及接地時(shí)。盡管噪聲可能看似信號(hào)諧波,但卻會(huì)在與信號(hào)頻率完全不相關(guān)的頻率處產(chǎn)生。
如果這些成分通過(guò)電纜傳導(dǎo),共模電流流過(guò),則會(huì)成為噪聲發(fā)射的原因。
[page](3) 如何抑制差分信號(hào)中的噪聲
如圖17所示,共模扼流線圈用于阻止這樣的共模電流,并抑制圖16(a)到(c)中信號(hào)波形的不平衡。通常用在驅(qū)動(dòng)器側(cè)。但是,如果噪聲在接收器側(cè)產(chǎn)生,也可用在接收器側(cè)。
此處使用的共模扼流線圈要選擇能輕微衰減差模的元件,使其不會(huì)給差分信號(hào)造成負(fù)面影響。
除了共模扼流線圈,也使用屏蔽電纜來(lái)抑制差分信號(hào)中的噪聲。信號(hào)對(duì)區(qū)域可使用兩根同軸電纜。
對(duì)于圖16(d)中的噪聲,信號(hào)對(duì)區(qū)域也可使用共模扼流線圈或屏蔽。但是,如圖17所示針對(duì)驅(qū)動(dòng)器或接收器IC的電源使用EMI靜噪濾波器更加有效。
噪聲接收和模式轉(zhuǎn)換
(1) 噪聲在被電纜接收時(shí)變成共模
前面講述了電纜發(fā)射噪聲的情況。與此相反,當(dāng)電纜接收噪聲時(shí),一般意味著電纜內(nèi)的導(dǎo)線在共模下感應(yīng)到了噪聲,如圖18。
如果是共模,線路電壓為零; 如果信號(hào)如圖所示被線路電壓接收,則電路可以正常運(yùn)行。因此,即使電纜接收了噪聲,只要接收器通過(guò)電壓運(yùn)行,就不會(huì)造成噪聲干擾。
(2) 噪聲模式的轉(zhuǎn)換
但是,在現(xiàn)實(shí)世界中,當(dāng)噪聲進(jìn)入電纜時(shí),會(huì)產(chǎn)生各種干擾。以前的一個(gè)例子是,無(wú)線電波進(jìn)入電話線導(dǎo)致無(wú)線電廣播干擾電話聲音。為什么會(huì)出現(xiàn)這種干擾?
在很多情況下,共模在電纜到電路的連接點(diǎn)處轉(zhuǎn)換為普通模式。如果每條線路(Z1)的阻抗與地線(Z2)的阻抗存在差異(圖19(a)),就會(huì)造成接收器所接收共模電壓的差異,進(jìn)而導(dǎo)致線路之間的噪聲電壓。在這種情況下,可以說(shuō)共模被部分轉(zhuǎn)換為普通模式。[page]
(3) 不平衡終端阻抗導(dǎo)致模式轉(zhuǎn)換
Z1和Z2并不意味著這些元件實(shí)際存在,它們僅表示浮動(dòng)靜電容量等形成的阻抗。因此,如果這些位置連接了終端電阻器,且其阻抗已經(jīng)提前調(diào)整為一致,則可能會(huì)減少普通模式的轉(zhuǎn)換。
如圖19(b)所示,如果信號(hào)被一側(cè)已接地的電路接收,一半的噪聲將會(huì)轉(zhuǎn)換為普通模式。這就意味著噪聲可輕易進(jìn)入不平衡的接收器電路,如數(shù)字電路。將電纜連接到這樣的電路時(shí),就需要一個(gè)濾波電路;濾波電路將在后文中講述。
(4) IC內(nèi)可能發(fā)生模式轉(zhuǎn)換
即使不發(fā)生到普通模式的轉(zhuǎn)換,如果共模很強(qiáng)大,也可在接收器IC內(nèi)轉(zhuǎn)換為普通模式。IC消除共模的性能由指數(shù)CMRR(Common-Mode Rejection Ratio: 共模抑制比)來(lái)表示。
為防止轉(zhuǎn)換為普通模式,終端電阻器的值如圖所示相互匹配,以確保阻抗之間對(duì)接地不會(huì)造成任何偏差。此外,要為接收器選擇CMRR較高的IC。
(5) 防止模式轉(zhuǎn)換
當(dāng)平衡電纜,如電話線、LAN電纜及電源線等連接到電路時(shí),噪聲模式可以如圖19(b)所示輕易轉(zhuǎn)換,因?yàn)楹芏嚯娮与娐范际遣黄胶怆娐贰H粢乐惯@種情況,有如下兩種方法:
(i)使用平衡-不平衡變壓器或者共模扼流線圈等提供平衡與不平衡間的轉(zhuǎn)換,以保持阻抗平衡。
(ii)通過(guò)靜噪濾波器消除產(chǎn)生的普通模式噪聲。
(i)是在電纜和電路間加入平衡-不平衡轉(zhuǎn)換電路的方法,如圖20(a)和(b)所示。這樣的電路用于連接通信電纜。
(ii)使用了電容器和阻抗元件(鐵氧體磁珠),如圖20(c)。盡管這只是權(quán)宜之計(jì),但可以通過(guò)相對(duì)便宜的元件消除噪聲干擾。[page]
共模和普通模式的特征
(1) 普通模式噪聲的產(chǎn)生取決于電路運(yùn)行
當(dāng)電路運(yùn)行時(shí),電流在普通模式下流動(dòng)。因此,電路運(yùn)行自然而然地產(chǎn)生普通模式噪聲。例如,打開(kāi)和關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)造成的浪涌,或者數(shù)字信號(hào)中包含的諧波成分,在產(chǎn)生后就會(huì)立即導(dǎo)致普通模式。
這可以理解為,當(dāng)噪聲傳輸路徑中電流出現(xiàn)輕微不平衡時(shí),成分以共模的形式出現(xiàn)。
(2) 屏蔽對(duì)共模噪聲可能無(wú)用
若要使屏蔽(特別是靜電屏蔽)發(fā)揮作用,就需要連接到接地。但是,如果產(chǎn)生共模噪聲,噪聲通常也會(huì)越過(guò)屏蔽的接地。因此,共模電流也會(huì)流經(jīng)屏蔽并從作為天線的屏蔽發(fā)射噪聲。
前已述及,將屏蔽連接到傳導(dǎo)共模的接地?zé)o法屏蔽噪聲。若要使屏蔽發(fā)揮作用,首先就需要搭建可靠的接地。這就是非常難以抑制共模噪聲的原因。
(3) 如何屏蔽共模噪聲
若要搭建使屏蔽發(fā)揮作用的可靠接地,就要建立起屏蔽罩將噪聲源和浮動(dòng)靜電容量圍?。▓D21),然后屏蔽罩本身作為接地。(這被稱為“法拉第籠”)
這時(shí),共模電流的回流路徑經(jīng)過(guò)屏蔽而不是大地。在這種狀態(tài)下,可以認(rèn)為共模噪聲已經(jīng)被消除了。這是因?yàn)橛^察整個(gè)電纜(包括屏蔽)時(shí),總電流變?yōu)榱恪?br /> 盡管這種屏蔽結(jié)構(gòu)是理想的,但一般會(huì)規(guī)模較大且價(jià)格不菲。
(4) 共模連接到哪里?
關(guān)于圖3(b)中共模噪聲源或浮動(dòng)靜電容量的連接點(diǎn),不必在電路內(nèi)布置一個(gè)特定的連接點(diǎn)。但是,因?yàn)榻拥赝ǔJ请娐分凶畲蟛糠智視?huì)成為電壓基準(zhǔn)點(diǎn),可以考慮將其連接至接地。
因此,在接地對(duì)大地有電壓的狀態(tài)下,可以說(shuō)共模噪聲被感應(yīng)了。
(5) 觀察共模和普通模式
通過(guò)使用能夠抓牢整個(gè)電纜的電流探針,可以確定共模噪聲是否在電纜中流動(dòng)。普通模式電流不會(huì)造成電流探針有任何輸出。
相反,共模噪聲的線路電壓始終為零。因此,使用差動(dòng)探針測(cè)量線路電壓時(shí),探針通過(guò)排除共模測(cè)量普通模式電壓。