共模骚扰的成因与对策.doc

共模骚扰的成因与对策
刘萍，沙斐
（北方交通大学抗电磁干扰研究中心，北京100044）
摘要：共模骚扰往往是造成电子电气产品工作失灵或辐射发射测试超标的主要原因。它主要可以分为两种：一种是侵入设备的共模骚扰，另一种是从设备内部辐射出来的共模骚扰。侵入设备的共模骚扰主要由地环路引起，因此在设计上采用平衡电路或设法切断地环路可以提高设备的抗干扰性能。设备内的共模骚扰通过连接线向外辐射，相当于一副不对称振子天线，可以采用共模滤波器或屏蔽电缆等措施。但最根本的应该是在印刷电路板设计、元器件布置和连接线的安排上下功夫，抑制共模骚扰源的产生。本文将理论与实例相结合，对这两种共模骚扰的成因、表现形式和抑制对策进行了系统的介绍。关键词：共模骚扰；地环路；共模辐射；共模滤波器
1引言共模骚扰是让许多系统工程师头疼的问题，往往造成电子电气产品工作失灵或者辐射发射测试超标。本文将对共模骚扰的产生和抑制进行研究。电流在导线上传输时有两种方式：共模方式和差模方式。一对导线上若流过差模电流，则两条线上的电流大小相等，方向相反。驱动源是线与线之间的差模源。一般有用信号都是差模电流。一对导线上若流过共模电流，则两条线上的电流方向相同。驱动源是线与地之间的共模源。骚扰在传输线上既可以以差模方式出现，也可以以共模方式出现。概括说来，共模骚扰可以分为两种，一种是设备外部的骚扰通过设备的互连线以共模电流的形式侵入设备内部产生干扰，另一种是设备内部产生的骚扰通过设备互连线以共模电流的形式向设备外部发射骚扰。共模骚扰通常指线与地之间的骚扰。下面就对这两种共模骚扰的成因、表现形式和抑制对策分别进行阐述。2共模电流的侵入2．1地环路中产生的共模电流骚扰图1为地环路的示意图。图中两设备用一对电缆传输线连接，图中设备Ⅰ（发送部分）、设备Ⅱ（接收部分）分别接各自的地，这是一个不平衡传输电路。在理想情况下，两设备的地电位相等，传输线对中仅存在有用信号UDM的差模电流IDM，途经是＋UDMZS信号线阻抗Zt负载ZL回流线阻抗Zt－UDM。

但是，实际情况往往没有这么理想，两个设备的接地点P和Q之间很可能会存在电位差UCM。例如，设备Ⅰ处有高电流入地或瞬态强电流入地，使P点地电位弹升，或者电缆传输线处在较强的骚扰电磁场中，地环路中产生感应电动势，相当于在PQ间存在电位差UCM。此时，由UCM产生的噪声电流将同时通过信号线和回流线，方向是相同的，因此是共模电流，途径如图2所示。

由于各条途经中的阻抗不一样，共模电流大小也不同，因此在ZL两端产生了差模压降，从而对设备2的正常工作产生干扰。传输线对上是否存在共模电流骚扰可以方便地用电流钳测出。将电流钳夹住传输线，差模电流不会在电流钳中产生感应电压，共模电流则可以。将该电压输入示波器或频谱仪就可以分析共模骚扰的波形和频谱特性［1］。2．2抑制共模电流传导骚扰的对策2．2．1采用平衡电路如果用图3的平衡电路来代替图1的不平衡电路，则情况可以大大改善。图中信号线和回流线对地阻抗是平衡的，由UCM驱动的共模电流在两条线中是相等的，因而在ZL两端没有差模噪声压降，所以用平衡电路可以避免从共模到差模的转换。例如，计算机的RS－422串行接口采用这种平衡传输方式，因此可提高传输线的抗干扰能力。

2．2．2切断地环路由于产生共模电流的根本原因是地电位差的存在，所以切断地环路是抑制共模电流骚扰最直接的方法。这种方法常用的措施有以下几种：（1）隔离变压器在电路1和2之间插入隔离变压器，如图4（a）所示。电路1的有用信号可以通过变压器的磁场耦合传输到电路2去，而地环路产生的共模电流由于方向相同在变压器初级绕组中相互抵消，起到了隔离作用。但是一般变压器并非理想的，初级绕组和次级绕组间存在着分布电容，所以共模电流可能通过这些分布电容从初级流到次级去，并进一步流向负载。为了减小分布电容，提高变压器的隔离效果，应该在初、次级间加一层金属屏蔽层，其结构是用一层铜箔绕一匝，但在交接处必须垫上绝缘层，不能让其变成短路环，否则差模电流也被隔离了，见图4（b）。该铜箔起到了初级与次级间的电场屏蔽作用，即减小了两者之间的分布电容。该铜箔应接地，而且要接在负载端，否则不起作用，这可用图4（c）解释。屏蔽体如接在A端的地上，则共模噪声仍可通过C2耦合到负载上去，所以在B端接地。隔离变压器的缺点是不能传输直流信号和频率很低的信号。（2）共模扼流圈在电路1与电路2之间插入共模扼流圈，如图5所示。共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过，而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，所以它可以用来抑制共模电流骚扰。此外，用铁氧体磁环套在两根导线上也同样可以起到共模扼流圈的作用。

（3）光电耦合器在电路1与电路2之间插入光电耦合器，如图6所示。光电耦合器只能传输差模信号