关于EMI噪声抑制：应该了解哪些共模？

我们在使用电子设备时通常会受到噪音的影响。在某些情况下，噪声会引起故障或已经造成了严重的损失。因此，噪声抑制对于所有电子设备都是必不可少的。所以，存在着各种噪声应对策略。

你知道共模噪声吗？据说“很难处理”，对于电子设备制造商来说，正确理解共模噪声并制定对策至关重要。在本文中，英锐恩单片机开发工程师将解释什么是共模噪声以及主要用作对策的共模滤波器。

一、噪音类型

电子电路的基本原理是它们通过传输电信号来工作，但是噪声总是附加在电信号上。噪音首先是指“需要的信号以外”的信号，但对于用电的设备来说，受到干扰是绝对不可避免的，因为它们不仅可能来自本身电源电路，也可能来自周围环境。

这种噪声有几种类型：

一是雷击、静电等自然噪声，以及设备产生的人为噪音。后者的人工噪声也各不相同，但其中一种称为EMI（电磁接口），其中无线电波和高频电磁波成为噪声。

由于这种EMI是无线电波和电磁波，它不仅会导致设备本身出现故障，还可能从设备中辐射出来，影响其他设备。这种EMI进一步分为设备发出的辐射噪声和影响电路中电缆和电线的传导噪声。

这次引入的共模噪声被归类为传导噪声。根据“信号传输方式”的不同，又分为常（差）模噪声和共模噪声，分别需要采取不同的措施。

二、共模与普通模式

这里的模式是指信号的传输方式。

①什么是普通模式？

通常，如果只有一根导体，输入信号和噪声将按原样传输。然后，这个信号在传送到负载和另一个电路的同时通过，最后返回到原来的位置。

作为理所当然的事，该波形的电流（返回路径）的在所述时间的返回是相反在输入时。意思是你在路上开车，如果你掉头，你会向相反的方向转弯。这种信号的传输方式称为正常模式，或差分模式，因为返回路径上的相位不同。

在差模下，输入信号与返回信号的关系非常明确，因此相对容易采取抗噪措施。

②什么是共模？

并非所有电子电路都采用正常模式。在返回路径上，信号可能经过一些地或外壳后返回，因此可能与输入时的波形同相，这是称为共模的信号传输。

common 以“相同”的意思命名。当然，这意味着噪声以相反的相位返回。之所以采用这样的路径有多种因素，但一个是接地（参考电位）和接地/外壳之间存在杂散电容差异，这会导致阻抗差异。诸如这种阻抗的不平衡是共模的来源，其影响将受到强烈影响。这是因为如果阻抗像输入时一样高，它会阻止交流电和噪声的通过，但在这里它会降低。

③ 为什么共模是个大问题？

共模被认为在噪声抑制方面非常困难。

首先，在共模中，噪声的传输方式变得复杂。在普通模式下，它通过简单的线路传输，因此在该线路上采取噪声对策就足够了。但是，由于共模是通过接地和外壳发生的，因此不清楚在哪里采取措施。

其次，我们不知道噪音从哪里以及如何穿过地球。此外，由于它在地面等处绘制一个大循环时返回，因此可能会影响远处的设备。而且，同相返回的信号重叠变大，噪声相应增大的情况也很多。

这样，噪声管理难度大，影响大，因此共模及其噪声对策成为电子设备的一大难题。

三、共模应对措施

以下是两种可将共模效应降至最低的噪声对策。

对策1：利用差分数据传输

如上所述，共模发生在阻抗不平衡时。换句话说，为了抑制这种影响，需要匹配阻抗。因此，差分传输数据是有效的。目前，这种差分传输是高速数字通信的主流。

传统的，使用单条信号线的单端传输已用于数据传输。单端传输是相对地，根据电压高低决定“1”“0”或“H”“L”。单端简单，可以低成本实现，但随着速度的增加，信号表现跟不上，信号随距离衰减，线材长度有限，产生噪声。一个缺点是它很弱。

另一方面，差分传输是一种使用两条信号线，发送相位为180°C的相反信号的方法。换句话说，这意味着创建一个普通模式。这也称为差分输入或平衡连接。如果可以创建差分传输，则信号将以相等的幅度传输，并且不易受到噪声和接地的影响。此外，其他条件如阻抗相同，只是相位不同，理论上不会产生共模噪声。

然而，这是“理论上”的。在实际差分传输中，两条信号线的特性不可能完全相同，从而导致不平衡。结果，结果证明仅假设正常模式的噪声对策是不够的。

另一种有效的方法是共模滤波器。

对策2：共模滤波器

共模滤波器是一种对抗共模的对策元件，共模发生在无法产生完美平衡状态的电路中。一般使用电感（线圈）的性质。电容器等普通噪声抑制滤波器按频率区分信号的必要性。

但是，共模滤波器根据模式（例如“普通”或“正常”）提取必要的信号，并去除噪声。之所以可以进行这种分离，是因为共模滤波器将两个导体合并为一根导线，并具有绕芯缠绕的线圈形状。

这两个导体以相同的方向缠绕。换言之，它具有两个扼流圈合为一体的结构。当电流流过线圈时，铁芯中会产生磁场，其作用是防止电流和磁场发生变化（自感）。另外，阻抗变高，有直流和低频信号可以通过，交流和高频信号不能通过的特性。

在差动传输中，在去路和返回路径上流动的信号是异相的，因此在铁芯中产生的磁通方向也相反，从而抵消了磁通。换句话说，它起到普通导体的作用，可以毫无问题地传输信号。

另一方面，在共模中，同相信号同时流向去路和返回路径，因此磁芯中产生的磁通量也具有相同的方向，像噪声一样重叠，变强变大。换句话说，发生自感应，线圈工作以阻止共模信号的通过。

现在，从共模信号中去除噪声的共模滤波器已被用于各种高速数字设备中。如今，它变得越来越小，因此也用于笔记本电脑和手机等小型电子设备中。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“关于EMI噪声抑制：应该了解哪些共模？”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。