做EMC整改這么久，有個(gè)現(xiàn)象挺有意思。

很多工程師能把電路設(shè)計(jì)得很漂亮，原理圖、PCB都規(guī)規(guī)矩矩。但一到EMC測(cè)試不過(guò)，就開始盲目加器件：共模電感、磁珠、電容一通亂加。效果呢？有時(shí)候有用，有時(shí)候沒(méi)用，完全是碰運(yùn)氣。

為什么？因?yàn)楹芏嗳烁緵](méi)搞清楚共模干擾差模干擾的區(qū)別。

這兩個(gè)概念，是EMC整改的基石。搞不懂它們，就像醫(yī)生不分病因亂開藥，治好了也是蒙的。

什么是差模干擾？

差模干擾，簡(jiǎn)單說(shuō)就是在兩根信號(hào)線之間流動(dòng)的干擾

假設(shè)你有一對(duì)差分信號(hào)線，正負(fù)兩根。正常的差分信號(hào)就是差模信號(hào)：電流從一根線流出，從另一根線返回，兩根線上的電流大小相等、方向相反。

差模干擾也是這樣，它疊加在差模信號(hào)上，在兩根線之間形成干擾電壓。對(duì)接收端來(lái)說(shuō)，這個(gè)干擾會(huì)直接影響信號(hào)的幅度和波形。

典型來(lái)源：

• 開關(guān)電源的紋波電流

• 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的PWM開關(guān)噪聲

• 數(shù)字電路的地彈噪聲

• 鄰近線路的串?dāng)_

特點(diǎn)：

差模干擾的電流回路是閉合的，只在兩根線之間流動(dòng)，不會(huì)流到地平面。所以它主要影響信號(hào)完整性，對(duì)傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

什么是共模干擾？

共模干擾，是在所有信號(hào)線和地之間同時(shí)存在的干擾

還是那對(duì)差分信號(hào)線，如果干擾同時(shí)疊加在兩根線上，幅度相等、相位相同，這就是共模干擾。兩根線相對(duì)于地的電位同時(shí)升高或降低，但兩根線之間的差值不變。

聽起來(lái)好像對(duì)信號(hào)沒(méi)影響？因?yàn)椴罘纸邮掌髦魂P(guān)心兩根線的差值。但問(wèn)題在于，共模干擾會(huì)通過(guò)寄生電容和寄生電感耦合到地，形成共模電流。這個(gè)共模電流，是輻射騷擾的主要來(lái)源。

典型來(lái)源：

• 開關(guān)電源MOS管的開關(guān)動(dòng)作

• 高速數(shù)字信號(hào)的共模噪聲

• 地線阻抗上的壓降

• 外部電磁場(chǎng)的耦合

特點(diǎn)：

共模干擾的回路是通過(guò)地或寄生路徑閉合的。它對(duì)信號(hào)本身影響不大，但對(duì)EMC影響巨大。傳導(dǎo)騷擾測(cè)試中，共模電流往往是超標(biāo)的主要原因。

為什么共模干擾更難對(duì)付？

很多人有個(gè)誤區(qū)，覺得差模干擾更難處理，因?yàn)樗苯佑绊懶盘?hào)。實(shí)際情況恰恰相反。

差模干擾好處理，因?yàn)樗幕芈肥敲鞔_的。就在兩根線之間，加個(gè)差模電感、X電容，或者π型濾波器，效果立竿見影?；芈房煽?，濾波就容易。

共模干擾難處理，因?yàn)樗幕芈凡幻鞔_。共模電流不是走設(shè)計(jì)好的路徑返回，而是通過(guò)寄生電容、PCB分布參數(shù)、線纜對(duì)外輻射等各種"意外"路徑。你根本不知道電流從哪里回來(lái)，怎么濾波？

舉個(gè)實(shí)際例子。

電源線的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，很多人只加了X電容濾差模，結(jié)果還是超標(biāo)。為什么？因?yàn)槌瑯?biāo)的是共模分量。X電容只對(duì)差模有效，對(duì)共模完全沒(méi)用。得加Y電容和共模電感才行。

這就是為什么搞清楚共模和差模這么重要。用錯(cuò)器件，不僅沒(méi)用，還浪費(fèi)成本。

怎么區(qū)分共模和差模？

理論說(shuō)了一堆，實(shí)際測(cè)試怎么判斷？

方法一：電流探頭測(cè)量

用電流探頭分別測(cè)量單根線和兩根線一起。單根線測(cè)到的是共模電流和差模電流的疊加；兩根線一起測(cè)，差模電流會(huì)相互抵消，只剩共模電流。

比較兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，就能判斷哪種干擾占主導(dǎo)。

方法二：頻譜分析

傳導(dǎo)騷擾測(cè)試的頻譜圖上，低頻段（150kHz-幾MHz）通常是差模為主，高頻段（幾MHz以上）通常是共模為主。這不是絕對(duì)的，但可以作為參考。

方法三：分離網(wǎng)絡(luò)

專業(yè)的做法是用共模/差模分離網(wǎng)絡(luò)（LISN配合分離器），直接把共模和差模分量分離出來(lái)分別測(cè)量。這需要專門的設(shè)備，一般實(shí)驗(yàn)室才有。

濾波方案怎么選？

搞清楚了干擾類型，濾波方案就明確了。

差模干擾的濾波方案：

• X電容：跨接在兩根線之間，提供低阻抗通路

• 差模電感：串聯(lián)在線路中，增加差模阻抗

• π型濾波器：兩個(gè)電容加一個(gè)電感，效果更好

共模干擾的濾波方案：

• Y電容：跨接在線和地之間，旁路共模電流

• 共模電感：兩根線同向繞制，對(duì)共模呈現(xiàn)高阻抗

• 穿心電容：高頻共模濾波的利器

實(shí)際應(yīng)用中，往往是共模和差?；旌洗嬖?。所以完整的EMI濾波器會(huì)同時(shí)包含共模和差模濾波元件：共模電感+Y電容處理共模，差模電感+X電容處理差模。

常見的認(rèn)知誤區(qū)

最后說(shuō)幾個(gè)我經(jīng)常遇到的誤區(qū)。

誤區(qū)一："差模信號(hào)不會(huì)有共模噪聲"

錯(cuò)。差分信號(hào)線上同樣會(huì)有共模噪聲。而且高速差分信號(hào)的共模噪聲往往是輻射超標(biāo)的主要原因。USB、HDMI這些接口，都需要共模電感來(lái)抑制共模噪聲。

誤區(qū)二："共模電感能濾差模"

不完全是。共模電感對(duì)差模信號(hào)的阻抗很小，因?yàn)椴钅ｋ娏鳟a(chǎn)生的磁通會(huì)相互抵消。但它有一定的漏感，漏感會(huì)對(duì)差模產(chǎn)生一定阻抗。不過(guò)這個(gè)阻抗通常不大，不能當(dāng)作差模電感用。

誤區(qū)三："加了濾波器就一定有效"

不一定。濾波器要加對(duì)位置、選對(duì)參數(shù)、接對(duì)地。共模濾波器的接地非常重要，接地不良會(huì)大大降低濾波效果。還有，濾波器要靠近接口或噪聲源放置，太遠(yuǎn)了噪聲在傳輸過(guò)程中已經(jīng)輻射出去，濾波器就沒(méi)用了。

誤區(qū)四："Y電容越大越好"

絕對(duì)不是。Y電容增大會(huì)導(dǎo)致漏電流增大，有安全隱患。而且Y電容太大，在某些頻段可能反而會(huì)惡化干擾。Y電容的選擇要綜合考慮濾波效果和漏電流要求。

小結(jié)

共模和差模，是EMC整改必須搞清楚的兩個(gè)概念。

差模干擾在兩根線之間流動(dòng)，主要影響信號(hào)完整性，用X電容和差模電感濾波。共模干擾在所有線和地之間流動(dòng)，是傳導(dǎo)和輻射騷擾的主要來(lái)源，用Y電容和共模電感濾波。

整改EMC問(wèn)題，第一步就是判斷干擾類型。找準(zhǔn)病因，對(duì)癥下藥，才能事半功倍。