EMC基础—差模噪声与共模噪声.docx

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1、EMC基础一差模噪声与共模噪声目录1.序言1?噪声产生的原因3?噪声的抑制6?案例分享6?总结91.序言在电磁兼容(EMC)领域，EMC可以分为“电磁干扰(EMI)和“电磁敏感度 (EMS)”,其实电磁干扰EMl可以大致分为“传导骚扰和“辐射骚扰两个部分，今 天讲一下传导骚扰中的“差模噪声和共模噪声差模(常模)噪声电源Ttr4 准 GND在电源线之间不产生嗫声电压。在电源线与基准GND之间产生嚎声电压.噪声电流与电源的转和端电流路径相同。“差模噪声也称为“常模噪声，这两种称呼有时可根据条件区分使用，本文 中这2种称呼等价。另一种是“共模噪声，由于我们以开关电源为背景进行2 种噪声的介绍，因此图

2、例是将PCB装在壳体中，并由外部供电，如下图所示：曝声电流与电源电流路径相同。在电源线之间产生曝声电压O差模噪声产生在电源线之间，噪声源串联进入电源线，噪声电流与电源电 流方向相同。由于往返方向相反而被称为差模(Differential mode)。共模噪声是经杂散电容等泄漏的噪声电流经由大地返回电源线线的噪声。 因电源的（十）端和（一）端流过的噪声电流方向相同而被称为“共模（CommOn mode）。在电源线间不产生噪声电压。由差模噪声引起的辐射的电场强度Ed可通过左下方的公式来表示。Id为差 模中的噪声电流，r为到观测点的距离，f为噪声频率。差模噪声会产生噪声电 流环，因此环路面积S是非常

3、重要的因素。如图和公式所示，假设其他因素固 定，环路面积越大则电场强度越高。差模曦声引起的痛射由共模噪声引起的辐射的电场强度Ec可通过右下方的公式来表示。如图和 公式所示，线缆长度L是非常重要的因素。共模*声引起的n射需要注意的是，在平时的EMC问题中，共模噪声出现的概率更大一点，因 为共模噪声是经参考网络进行干扰的传递，所以我们如果不是认真仔细设计， 或者说我们不能100%避免干扰的存在，在不经意间就会引入共模噪声。为了更 好地认识每种噪声引发的辐射特点，我们代入实际数值来计算一下2种噪声的 电场强度（条件完全相同，电场强度的观测点用蓝色圆点来表示）。共模嚷声假设频率IoOMHZ的共模暖声电

4、流lA流经20cm长的线缆，则距离Im地点（90度）的 电场强度值为：ma假设频率IoOMHZ的差模唆声电流lA 流经环路面积20cm2,Ed = 1.316 X IO14 X rlA (IOOMHz )2 (0.2 0.01) =1.316 X IO14 - 1=0.26VmEc = 1.257 IO 6 X=1.257 X IO 6X。论肺WmIc X f LlA X IOOMHz 0.2uit and Signal则距禽Im地点（90度）的电场强度值为:从这个计算结果我们可以看到：在噪声电流值相同的情况下，共模噪声辐 射要大得多（此例中约大IOO倍）。不管怎样，这些传导噪声和辐射噪声即E

5、Ml 如果超出了容许范围，就需要采取降噪对策。特别需要记住的是，在考虑辐射 噪声对策时，针对共模噪声的对策是非常重要的。关于EMC问题的整改，我们后面逐步介绍，其中最原则性的降噪对策是： 差模噪声要减少环路面积S（比如线缆采用绞合线），共模噪声要极力缩短线缆长 度。当这一原则受到挑战或者无法达成时，就需要探讨增加滤波器的方法。噪声产生的原因传导噪声可以分为“差模噪声和共模噪声两种，下面我们通过个简图来了 解它们。差模噪声：差模噪声也称为对称噪声，产生于电源线上，噪声电流流进和 流出的大小相同，方向相反，这样的噪声就称为差模噪声，图1所示就为差模 噪声的示意简图。产品外壳电路板踩部电噪声源差模噪

6、声环路GNDGND图1差模噪声电路简图分析：由上图可以看出噪声源产生的差模噪声流经外部电源后，噪声由电 源负极回到噪声源，形成一个噪声环路。共模噪声：共模噪声也称为非对称噪声，共模噪声流经电源正负极，经过 大地和产品形成的分布电容流回噪声源，流经电源正负极的共模噪声电流大小 相同，流向也相同。图2所示就为共模噪声的示意简图。产品外壳电路板噪声源,部电源二二分布电容GND共模噪声环路GND图2共模噪声电路简图分析：由上图可以看出电源线上的共模噪声流经大地(GND)后，再从大地与 产品形成的分布电容流回噪声源，形成共模噪声环路。了解完什么是差模噪声和共模噪声，接下来我们来讲一下他们是如何引起 辐射

7、超标的。产品对外的辐射强度是和它的电路电场强度息息相关的，下面我们分别来 看差模噪声的电场强度和共模噪声产生的电场强度都和那些条件有关：差模噪声电路中：差模噪声发射端回路的面积大小噪声接收端共模噪声回路电场强度关系图差模噪声回路电场强度关系图在此公式中Id噪声电流大小，f为噪声的频率，r为离噪声源的距离，S则 为噪声U路的面积大小；共模噪声电路中：共模噪声支助端线缆的长度噪声接收端共模噪声回路电场强度关系图在此公式中Id噪声电流大小，f为噪声的频率，r为离噪声源的距离，L则 为噪声传输线缆的长度；对比两个公式不难发现，在同等条件下差模噪声大小的重要因数是回路面积的大小，而共模噪声的大小重要因数

8、则为噪声传输的线缆长度。? .噪声的抑制对于“差模噪声而言，应尽可能的去减小差模噪声的回路大小，如在环路上 增加一些电容，给差模噪声提供短回路，从而减小差模噪声的回路大小；对于“共模噪声而言，应尽可能减短共模噪声传输线缆的长度，在线缆长度 有要求无法减短时，也可以通过在线缆传输接口处增加共模电感和磁环等来抑 制共模噪声的传输。?.案例分享接下来给大家分享一款脱毛仪产品的整改案例，先来看一下摸底数据:NoFrequency (MHz)Results(dBuym)Factor (dB)Limit(dBuVn)Over Limt (dB)DetectorTable (Degree)Height (c

9、m)AntennaVerdict186.00364 03-6.494002403Peak40 001G0巧资疝31旺汹产品摸底数据图分析：可以看出超标的频率段基本集中在50MHZ-200MHZ频段，共模噪声 超标占主导。通过分析噪声源来源于主板上的变压器模块。措施：通过对板上变压器模块优化和加滤波电容后，再进行测试的数据为:NoFrequency (MHz)Results飒和)Factor (dB)Limit限Wn)Over Limrt(dB)DetectorTable (Degree)Heialt(Cm)AntennaVerdict130 OOO39 824 6540.0-0.18Peak2

10、27 00100VerticalPass284 06451.746584001174Peak201 00Icoh一广丽I 程更一moJN SSC12 ClMS a JOMKtdGH!KM变压器电路优化数据图分析：可以看出经过优化后，数据在50MHZ和100MHZ左右还是会有两个 鼓包超标，其他的毛刺超标数据为脱毛仪工作时闪光时的瞬态超标，可以不用 看，后期读点便可。分析发现产品工作时需要外接适配器，且适配器的线缆很 长，通过上文的分析可以知道，这里的长线缆给共模噪声超标提供了条件。措施：通过在PCB板的适配器输入端加入我司的大电流共模滤波器（型号： TLDCM90702102TF）后：输入端加

11、共模滤波器图共模滤波器件图测试数据为:quexy (MMz)NoFrequency (MHz)Results侬的)Factor (dB)Limit蛔/m)OverLifHt(cC)DetectorTable (Degree)Height (Cm)AntennaVerdict187 7013501-64140.0499Peak177 00100 JTV嬴犷”；平”输入端加共模滤波器测试图加入共模滤波器后测试可以通过测试，共模滤波器对50MHz和100MHZ左 右的共模噪声进行了抑制，避免了共模噪声通过外接适配器线缆进行放大。?.总结差模噪声和共模噪声的抑制是减少产品EMl问题的一个重点，所以我们在 产品设计前期就应该考虑到这些问题，做好前期的PCB布板规划和噪声抑制器 件的预留，避免后期出现问题了才回头进行修改验证，增加不必要的人力物力。