041 电磁兼容技术综述 - 图文(5)

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2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

图2 平衡电路传输 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

图3 隔离变压器切断地环路 (a)隔离变压器；(b)等效电路；(c)隔离层结构 在电路1和2之间插入隔离变压器，如图3（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3（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3（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4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图4 共模扼流圈

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图5 光电耦合器切断地环路 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5所示。光电耦合器只能传输差模信号，不能传输共模信号，所以完全切断了两个电路之间的地环路。光电耦合器可以传输直流和低频信号，响应速度快，输入输出端的分布参数小，而且体积小，重量轻，便于安装，目前已广泛应用在数字电路中，频率高达10MHz。

3．共模电流的辐射

在测量设备通过空间传播的辐射骚扰强度时常常遇到下述情况。如设备不接各种输入输出线或控制线时则辐射噪声较小，可能不超过标准规定的要求，但是接上这些线以后辐射噪声在某些频段会显著增加，有时可增10～

图6 电流驱动产生共模辐射原理图

20dB。实验证明噪声强度的增加与外接线终端是否接负

(a) 原理图； (b) 等效天线

载，即是否有差模的负载电流关系不大，因此这是共模电流辐射问题。一对紧贴着的导线如果流过差模电流则导线各自在空间产生的电磁场可以相互抵消，因为两根导线中的电流大小相等方向相反。当导线对上流过共模电流时各自产生的电磁场可以相互叠加。

3.1共模电流辐射的基本模式 3.1.1电流驱动模式

图6是电流驱动模式的示意图。图中UCM是共模电压源，设备内部有很多这样的源，例如各种数字信号电路、高频振荡源等。ZL为回路负载，IDM为回路的差模电流，该电流流过AB两点间的回流地（例如PCB的地线），回到差模源。如AB间存在一定电感LP，则会产生压降UCM。这里，UCM就是产生共模辐射的驱动源。要产生辐射，除了源以外还必须有

天线。这里的天线由两部分组成，一部分是由A点向左看的地线部分，另一部分是由B点向右看的地线部分和外接电缆。其组成的辐射系统的等效原理图如图6（b）所示，这实际上是一副不对称振子天线。由于共模电流ICM是由差模电流IDM产生的，所以称这种模式为电流驱动模式。以下举二例说明电流驱动产生的共模辐射，其基本解决办法将在2.3节进行叙述。[1]

图7 分地引起的共模辐射 【例1】 在PCB上为了把数字部分和模拟部分隔离， 常把地分割成数字地和模拟地。如果这两部分之间有信号联系，如图7所示，并且数字地和模拟地的连接部分AB比较细长存在一定电感，则差模电流IDM将在AB连接线的电感上产生共模驱动电压源，从而引起共模辐射。天线一部分是数字地，另一部分是模拟地和外接地线。

【例2】PCB的地通过AB线与机壳相连接，如图8所示。PCB上有扁平信号线与机壳贴近，

图8 电流驱动方式实例 于是差模源通过

分布电容耦合到

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图9 电压驱动产生共模辐射原理图 机壳上，引起差模电流IDM。IDM通过AB线回到PCB的差模源。如果AB线存在一定电感LP，则IDM在LP上产生电压降UCM，成为共模驱动电压，从而引起共模辐射。这时的天线一部分是外接地线，另一部分是机壳。这种辐射常发生在以下情况，例如设备内部的地址线、数据线等扁平电缆贴近机壳，分布电容较大，PCB和机壳之间的连接线细长或接触不良等等。

3.1.2电压驱动模式

电压驱动模式的原理如图9所示，图中差模电压源UDM直接驱动天线的两个部分，即上金属部分和下金属部分，从而产生共模辐射。共模辐射电流ICM为

ICM＝j?CAUDM

式中CA为上下两部分金属之间的分布电容。下述例子说明了电压驱动产生的共模辐射。

【例3】图10示出的是开关电源的一部分。其中，Q是大功率的开关管，它可以看成是差模电压源UDM。共模电流ICM的途径是由Q通过开关管和散热片之间的分布电容Cd到达散热片，散热片是共模天线的一个极，然后图10 电压驱动方式实例 以空间位移电流的形式即通过CA到达外部接线，外部接线是天线的另一个极，共模电流再由PCB地回到Q。

3.2产生共模辐射的条件

产生共模辐射的条件一是要有共模驱动源，二是要有共模天线。任何两个金属体之间只要存在RF电位差就构成一副不对称振子天线，两个金属体分别是它的两个极，RF电位差即为共模驱动源，它通过不对称振子天线间的空间辐射电磁能量。当频率达到MHz级时，nH的小电感和pF级的小电容都将产生重要的影响。两个导体连接处的小电感会产生RF电位差。如【例1】中数字地模拟地连接线的小电感，【例2】中PCB与机壳之间连接线的小电感等都是产生共模驱动源的的根源。没有物理连接点的金属体也可能通过小电容变成天线的一部分。如【例3】中散热片与开关管物理上是绝缘的，但可以通过它们之间的小电容在RF频率上连接起来，构成共模天线的一部分。

共模天线的一个极必定是设备的外部接线，另一个极可以是设备内部PCB的地线、电源面、机壳、散热片、金属支撑架等等。当天线的两个极总长度大于?/20时，天线的辐射才可能有效。当天线长度与驱动源谐波的波长符合下式时天线发生谐振，辐射能量最大

l=n(?/20) n=1,2,3,……

在天线总长度确定时，源在天线上的位置是天线辐射能量的决定因素。天线在源的同一侧时产生的共模辐射要比天线在两侧时小得多。[1]

3.3抑制共模辐射骚 …… 此处隐藏：3003字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……