共模干扰和差模干扰

本文介绍了电磁干扰的两种主要传输方式:传导传输和辐射传输,并详细解释了电压电流变化通过导线传输时的两种形态——共模和差模。此外,还讨论了这两种模式在导线传输过程中的相互转换及它们对地线电压的影响。

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 从干扰源发出的干扰泄漏到外部的途径、或者是干扰侵入到受干扰的设备中的途径,有电压、电流通过电源线或信号线的传导传输和靠电磁波在空间辐射传输二种途径。
电压电流的变化通过导线传输时有二种形态,我们将此称做“共模”和“差模”。设备的电源线、电话等的通信线、与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号。但在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是“地线”。干扰电压和电流分为两种:一种是两根导线分别做为往返线路传输;另一种是两根导线做去路,地线做返回路传输。前者叫“差模”,后者叫“共模”。
如图1所示,电源、信号源及其负载通过两根导线连接。流过一边导线的电流与另一边导线的电流幅度相同,方向相反。但是干扰源并不一定连接在两根导线之间。由于噪声源有各种形态,所以也有在两根导线与地线之间的电压。其结果是流过两根导线的干扰电流幅度不同。


图1差模干扰
请看图2,在加在两线之间的干扰电压的驱动下,两根导线上有幅度相同但方向相反的电流(差模电流)。但如果同时在两根导线与地线之间加上干扰电压,两根线就会流过幅度和方向都相同的电流,这些电流(共模)合在一起经地线流向相反方向。我们来考察流过两根导线的电流。一根导线上的差模干扰电流与共模干扰同向,因此相加;另一根导线上的差模噪声与共模噪声反向,因此相减。因此,流经两根导线的电流具有不同的幅度。
我们再来考虑一下对地线的电压。如图2,对于差模电压,一根导线上是(线间电压)/2,而另一根导线上是-(线间电压)/2,因而是平衡的。但共模电压两根导线上相同。所以当两种模式同时存在时,两根导线对地线的电压也不同。


图2对地电压/电流与差模、共模电压/电流之间的关系
因此,当两根导线对地线电压或电流不同时,可通过下列方法求出两种模式的成分:
VN=(V1-V2)/2Vc=(V1+V2)/2
IN=(I1-I2)/2Ic=(I1+I2)/2
通过被连接的电路,两根导线终端与地线之间存在着阻抗。这两条线的阻抗一旦不平衡,在终端就会出现模式的相互转换。即通过导线传递的一种模式在终端反射时,其中一部分会变换成另一种模式。
另外,通常两根导线之间的间隔较小,导线与地线导体之间距离较大。所以若考虑从导线辐射的干扰,与差模电流产生的辐射相比,共模电流辐射的强度更大。
与此相反,可以说因外部电磁场干扰在导线上产生的干扰电压/电流,或附近的导线等产生的静电感应、电磁感应等的耦合是一样的。

<think>好的,我现在需要解释共模干扰差模干扰的区别。首先,我得回忆一下这两种干扰的基本概念,确保自己理解正确。共模干扰可能是指同时作用于两条信号线的干扰,而差模干扰则是在信号线之间的干扰。不过不确定,需要仔细理清。 接下来,我需要确定它们的定义是否准确。共模干扰是不是指干扰信号在两条线上同相位出现,而差模干扰则是相反相位?比如,共模干扰可能来自外部电磁场在两条线上感应出相同的电压,而差模干扰则可能是由于信号回路中的电流异引起的。 然后,应该比较它们的路径。差模干扰存在于信号线之间,而共模干扰则是在信号线与地之间形成的回路?或者共模干扰是两条线对地的干扰?这点可能需要进一步确认。比如,差模干扰的电流方向在两条线上相反,而共模干扰的电流方向相同,所以它们的回流路径不同。 应用场景方面,共模干扰常见于高频或长距离传输,而差模干扰可能更多出现在低频或电源线上?比如,共模干扰可能由电容耦合或电感耦合引起,而差模干扰可能来自电源波动或信号不平衡。 抑制方法的不同也很重要。共模干扰通常使用共模扼流圈、屏蔽层或滤波器,而差模干扰可能通过分信号、滤波电容或优化电路布局来减少。例如,共模扼流圈可以抑制共模电流,而滤波则针对线间的噪声。 可能还需要举例说明,比如USB线上的干扰类型,或者电源适配器中的干扰处理。同时,需要注意两种干扰对设备的影响,比如共模可能导致设备外壳带电或EMI问题,可能直接影响信号质量。 需要检查是否有混淆概念的地方,比如是否将共模的传播路径搞反了。另外,是否需要提到共模抑制比(CMRR)这样的参数?或者在实际电路设计中如何处理这两种干扰? 最后,总结它们的区别时要清晰,确保用户能够区分两者的定义、路径、来源抑制方法。可能需要用表格或分点列出,但根据用户要求,结构要清晰,分步骤解释。同时确保使用正确的中文术语,避免技术术语错误。</think>共模干扰差模干扰是电子系统中两类不同的干扰式,其区别可通过以下维度逐步分析: --- ### **1. 定义与表现形式** - **差模干扰(Differential Mode Interference)** - **定义**:干扰信号存在于两条信号线(如电源线、数据线)之间,方向相反,形成回路。 - **表现形式**:例如,信号线$L_+$$L_-$上出现大小相等、相位相反的噪声电压$V_D$,其表达式可写为: $$ V_{L_+} = +V_D, \quad V_{L_-} = -V_D $$ - **共模干扰(Common Mode Interference)** - **定义**:干扰信号同时作用于两条信号线,方向相同,且以地或参考平面为回路。 - **表现形式**:两条信号线对地存在相同相位的噪声电压$V_C$,即: $$ V_{L_+} = V_{L_-} = V_C $$ --- ### **2. 干扰路径** - **差模干扰路径** - 噪声电流在两条信号线之间流动,形成闭合回路(如$L_+ \rightarrow 负载 \rightarrow L_-$)。 - **共模干扰路径** - 噪声电流通过信号线与地之间的寄生电容或电感形成回路(如$L_+ \rightarrow 地 \rightarrow L_-$)。 --- ### **3. 来源与常见场景** - **差模干扰来源** - 电源波动、电路内部元件非线性(如开关电源纹波)。 - **典型场景**:直流电源线上的高频噪声、信号线间的串扰。 - **共模干扰来源** - 外部电磁场耦合(如雷击、电机启停)、地电位异。 - **典型场景**:长电缆受天线效应感应电压、未接地的设备外壳带电。 --- ### **4. 影响与危害** - **差模干扰** - 直接影响信号完整性,导致测量误或数据传输错误。 - **示例**:传感器输出信号叠加噪声,ADC采样值偏离真实值。 - **共模干扰** - 可能转化为差模干扰(通过电路不对称性),或引起电磁辐射(EMI)。 - **示例**:医疗设备因共模干扰漏电流危及患者安全。 --- ### **5. 抑制方法** - **差模干扰抑制** - 使用分信号传输(如RS485)。 - 添加π型滤波器或电感。 - 优化PCB布局,减小环路面积。 - **共模干扰抑制** - 采用共模扼流圈(抑制高频共模电流)。 - 增加屏蔽层并单点接地。 - 使用隔离器件(如光耦、变压器)。 --- ### **6. 总结对比表** | 维度 | 差模干扰 | 共模干扰 | |--------------|----------------------------|----------------------------| | **干扰路径** | 信号线之间 | 信号线与地之间 | | **相位关系** | 反向 | 同向 | | **抑制元件** | 电感、电容 | 共模扼流圈、屏蔽层 | | **典型场景** | 电源噪声、信号串扰 | 外部电磁耦合、地环路 | --- 通过理解两者的区别,可针对性地设计抗干扰措施,提升系统可靠性。
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