共模、差模信号详解

传导式 EMI技术(一)差模和共模 传导式（conducted）EMI是指部分的电磁（射频）能量透过外部缆线（cable）、 电源线、I/O互连介面，形成「传导波（propagation wave）」被传送出去。本文 将说明射频能量经由电源线传送时，所产生的「传导式杂讯」对 PCB 的影响， 以及如何测量「传导式 EMI」和 FCC、CISPR的 EMI限制。 差模和共模杂讯 「传导式 EMI」可以分成两类：差模（Differential mode；DM）和共模（Common mode；CM）。差模也称作「对称模式（symmetric mode）」或「正常模式（normal mode）」；而共模也称作「不对称模式（asymmetric mode）」或「接地泄漏模式 （ground leakage mode）」。 图一：差模和共模杂讯 由 EMI 产生的杂讯也分成两类：差模杂讯和共模杂讯。简言之，差模杂讯是当 两条电源供应线路的电流方向互为相反时发生的，如图 1(a)所示。而共模杂讯是 当所有的电源供应线路的电流方向相同时发生的，如图 1(b)所示。一般而言， 差模讯号通常是我们所要的，因为它能承载有用的资料或讯号；而共模讯号（杂 讯）是我们不要的副作用或是差模电路的「副产品」，它正是 EMC的最大难。 从图一中，可以清楚发现，共模杂讯的发生大多数是因为「杂散电容（stray capacitor）」的不当接地所造成的。这也是为何共模也称作「接地泄漏模式」的 原因。 图二：差模和共模杂讯电路 在图二中，L是「有作用（Live）」或「相位（Phase）」的意思，N是「中性（Neutral）」 的意思，E是「安全接地或接地线（Earth wire）」的意思；EUT是「测试中的设 备（Equipment Under Test）」之意思。在 E下方，有一个接地符号，它是采用 「国际电工委员会（International Electrotechnical Commission；IEC）」所定义 的「有保护的接地（Protective Earth）」之符号（在接地线的四周有一个圆形）， 而且有时会以「PE」来注明。DM杂讯源是透过 L和 N对偶线，来推挽（push and pull）电流 Idm。因为有 DM杂讯源的存在，所以没有电流通过接地线路。杂讯 的电流方向是根据交流电的周期而变化的。 电源供应电路所提供的基本的交流工作电流，在本质上也是差模的。因为它流进 L或 N线路，并透过 L或 N线路离开。不过，在图二中的差模电流并没有包含这 个电流。这是因为工作电流虽然是差模的，但它不是杂讯。另一方面，对一个电 流源（讯号源）而言，若它的基本频率是电源频率（line frequency）的两倍----100 或 120Hz，它实质上仍是属于「直流的」，而且不是杂讯；即使它的谐波频率， 超过了标准的传导式 EMI之限制范围（150 kHz to 30 MHz）。然而，必须注意的 是，工作电流仍然保留有直流偏压的能量，此偏压是提供给滤波抗流线圈（filter choke）使用，因此这会严重影响 EMI滤波器的效能。这时，当使用外部的电流 探针来量测数据时，很可能因此造成测量误差。