共模抑制比详细解释为了说明差分放大电路抑制及放大差模信号(de) 能力,常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量,其定义为放大器对差模信号(de) Aud与对共模信号(de) 电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比,英文全称是Common Mode Rejection Ratio,因此一般用简写CMRR来表示,符号为Kcmr,单位是分贝db.差模信号电压放大倍数Aud越大,共模信号电压放大倍数Auc越小,则CMRR越大.此时抑制共模信号(de) 能力越强,放大器(de) 性能越优良.当差动放大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Auc=0,则共模抑制比CMRR→∞,这是理想情况,实际上电路完全对称是不存在(de) ,共模抑制比也不可能趋于无穷大.◇电路对称性——电路(de) 对称性决定了被放大后(de) 信号残存共模干扰(de) 幅度,电路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号（干扰）(de) 能力也就越差.◇电路本身(de) 线性工作范围——实际(de) 电路其线性范围不是无限大(de) ,当差模信号超出了电路线性范围时,即使正常信号也不能被正常放大,更谈不上共模抑制能力.实际电路(de) 线性工作范围都小于其工作电压,这也就是为什么对共模抑制要求较高(de) 设备前端电路也采用较高工作电压(de) 原因.为了说明差动放大电路抑制共模信号(de) 能力,常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量,其定义为放大器对差模信号(de) 电压放大倍数Aud 与对共模信号(de) 电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比,用KCMR表示. 差模信号电压放大倍数Aud越大,共模信号电压放大倍数Auc越小,则KCMR 越大.此时差分放大电路抑制共模信号(de) 能力越强,放大器(de) 性能越好.当差动放大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Auc=0,则共模抑制比KCMR→∞,这是理想情况,实际上电路完全对称是不存在(de) ,共模抑制比也不可能趋于无穷大.电路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号（干扰）(de) 能力也就越差.> > > 正文共模和差模信号(de) 定义及产生机理、电缆、绞线、变压器和扼流圈电磁干扰产生及其(de) 抑制1 引言了解共模和差模信号之间(de) 差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间(de) 关系是至关重要(de) .变压器、共模扼流圈和自耦变压器(de) 端接法,对在局域网（LAN）和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用.共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线(de) 通信系统中,是引起射频干扰(de) 主要因素,所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心(de) 磁性界面(de) 电磁兼容论点.本文(de) 主要目(de) 是阐述差模和共模信号(de) 关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途,以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射.在介绍这些信号特点(de) 同时,还介绍了抑制一般噪音常用(de) 方法.2 差模和共模信号我们研究简单(de) 两线电缆,在它(de) 终端接有负载阻抗.每一线对地(de) 电压用符号V1和V2来表示.差模信号分量是VDIFF,共模信号分量是VCOM,电缆和地之间存在(de) 寄生电容是Cp.其电路如图1所示,其波形如图2所示.2．1 差模信号纯差模信号是：V1=－V2 （1）大小相等,相位差是180°VDIFF=V1－V2 （2）因为V1和V2对地是对称(de) ,所以地线上没有电流流过.所有(de) 差模电流（IDIFF）全流过负载.在以电缆传输信号时,差模信号是作为携带信息“想要”(de) 信号.局域网（LAN）和通信中应用(de) 无线收发机(de) 结构中安装(de) 都是差模器件.两个电压（V1＋V2）瞬时值之和总是等于零.2．2 共模信号纯共模信号是：V1=V2=VCOM （3）大小相等,相位差为0°V3=0 （4）共模信号(de) 电路如图3所示,其波形如图4所示.因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载.所有(de) 共模电流都通过电缆和地之间(de) 寄生电容流向地线.在以电缆传输信号时,因为共模信号不携带信息,所以它是“不想要”(de) 信号.两个电压瞬时值之和（V1＋V2）不等于零.相对于地而言,每一电缆上都有变化(de) 电位差.这变化(de) 电位差就会从电缆上发射电磁波.3 差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中(de) EMC在对绞电缆线中(de) 每一根导线是以双螺旋形结构相互缠绕着.流过每根导线(de) 电流所产生(de) 磁场受螺旋形(de) 制约.流过对绞线中每一根导线(de) 电流方向,决定每对导线发射噪音(de) 程度.在每对导线上流过差模和共模电流所引起(de) 发射程度是不同(de) ,差模电流引起(de) 噪音发射是较小(de) ,所以噪音主要是由共模电流决定.3．1 对绞线中(de) 差模信号对纯差模信号而言,它在每一根导线上(de) 电流是以相反方向在一对导线上传送.如果这一对导线是均匀(de) 缠绕,这些相反(de) 电流就会产生大小相等,反向极化(de) 磁场,使它(de) 输出互相抵消.在无屏蔽对绞线系统中(de) 差模信号如图5所示.在无屏蔽对绞线中,不含噪音(de) 差模信号不产生射频干扰.3．2 对绞线中(de) 共模信号共模电流ICOM在两根导线上以相同方向流动,并经过寄生电容Cp到地返回.在这种情况下,电流产生大小相等极性相同(de) 磁场,它们(de) 输出不能相互抵消.如图6所示,共模电流在对绞线(de) 表面产生一个电磁场,它(de) 作用正如天线一样.在无屏蔽对绞线中,共模信号产生射频干扰.3．3 电缆线上产生(de) 共模、差模噪音及其EMC电子设备中电缆线上(de) 噪音有从电源电缆和信号电缆上产生(de) 辐射噪音和传导噪音两大类.这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种[1].差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生(de) 与信号电流或电源电流相同路径(de) 噪音电流,如图7所示.减小这种噪音(de) 方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器,来减小高频(de) 噪音,如图8所示.差模辐射噪音是图7电缆中(de) 信号电流环路所产生(de) 辐射.这种噪音产生(de) 电场强度与电缆到观测点(de) 距离成反比,与频率(de) 平方成正比,与电流和电流环路(de) 面积成正比.因此,减小这种辐射(de) 方法是在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流进电缆;使用屏蔽电缆或扁平电缆,在相邻(de) 导线中传输回流电流和信号电流,使环路面积减小.共模传导噪音是在设备内噪音电压(de) 驱动下,经过大地与设备之间(de) 寄生电容,在大地与电缆之间流动(de) 噪音电流产生(de) ,如图9所示.减小共模传导噪音(de) 方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波,滤去共模传导噪声.其电路如图10所示.共模扼流圈是将电源线(de) 零线和火线（或回流线和信号线）同方向绕在铁氧体磁芯上构成(de) ,它对线间流动(de) 差模信号电流和电源电流阻抗很小,而对两根导线与地之间流过(de) 共模电流阻抗则很大.共模辐射噪音是由于电缆端口上有共模电压,在其驱动下,从大地到电缆之间有共模电流流动而产生(de) .辐射(de) 电场强度与电缆到观测点(de) 距离成反比,（当电缆长度比电流(de) 波长短时）与频率和电缆(de) 长度成正比.减小这种辐射(de) 方法有：通过在线路板上使用地线面来降低地线阻抗,在电缆(de) 端口处使用LC低通滤波器或共模扼流圈.另外,尽量缩短电缆(de) 长度和使用屏蔽电缆也能减小辐射.在有些电路中也可接入图11所示(de) 抗干扰变压器来防止差模和共模噪音.4 变压器与噪音传导理想变压器理论上是完美(de) 电路元件,它能用完美(de) 磁耦合在初级和次级绕组之间传送电能.理想变压器只能传送交变(de) 差模电流.它不能传送共模电流,因为共模电流在变压器绕组两端(de) 电位差为零,不能在变压器绕组上产生磁场.实际变压器初级和次级绕组之间有一个很小但不等于零(de) 耦合电容CWW,见图12.这个电容是绕组之间存在非电介质和物理间隙所产生(de) .增加绕组之间(de) 空隙和用低介电常数(de) 材料填满绕组之间(de) 空间就能减小绕组之间电容(de) 数值.电容Cww为共模电流提供一条穿过变压器(de) 通道,其阻抗是由电容量(de) 大小和信号频率来决定(de) .5 共模扼流圈对于理想(de) 单磁芯、双绕组(de) 共模扼流圈,将不考虑在实际扼流圈中或多或少存在(de) 杂散阻抗（Cww,DCR,Cp等）(de) 影响.这样(de) 假设是合理(de) ,因为一个好(de) 扼流圈设计,它(de) 杂散阻抗和电路(de) 源阻抗、负载阻抗相比是可以忽略(de) .5．1 理想共模扼流圈对差模信号(de) 效应差模电流以相反(de) 方向流过共模扼流圈(de) 绕阻,建立大小相等,极性相反(de) 磁场,它能使输出相互抵消,见图13.这就使共模扼流圈对差模信号(de) 阻抗为零.差模信号能不受阻地通过共模扼流圈.5．2 理想共模扼流圈对共模信号(de) 效应共模电流以相同(de) 方向流过共模扼流圈绕组(de) 每一边,见图14,它建立大小相等相位相同(de) 相加磁场.这一结果就使共模扼流圈对共模信号呈现高阻抗,使通过共模扼流圈(de) 共模电流大大地减弱.实际减弱量（或共模抑制量）取决于共模扼流圈阻抗和负载阻抗大小之比.6 有中心抽头(de) 自耦变压器自耦变压器是以定向电流传递方式实现能量传输(de) .对于理想(de) 自耦变压器[2],不考虑实际或多或少存在(de) 杂散阻抗（Cww,DCR,Cp等）(de) 影响.这样(de) 假设是合理(de) ,因为一个好(de) 自耦变压器设计,它(de) 杂散阻抗和电路(de) 源阻抗、负载阻抗相比是可以忽略(de) . 6．1 理想自耦变压器对差模信号(de) 效应从差模信号看,有中心抽头(de) 自耦变压器是两个在相位上相同(de) 对分绕组,见图15.这就意味差模电流在其中所形成(de) 磁场,会使其对差模电流呈现高阻抗.相当于对差模信号并联了一个高阻值(de) 阻抗,它对差模信号(de) 大小没有影响.6．2 理想自耦变压器对共模信号(de) 效应从共模信号看,有中心抽头(de) 自耦变压器是两个在相位上相反(de) 对分绕组,见图16.这就意味共模电流在其中会形成大小相等相位相反(de) 磁场,这一磁场会使共模电流(de) 输出互相抵消.对共模信号呈现零阻抗效应,使共模信号直接短路到地.7 减小电磁干扰(de) 一些常用方法通常都是在电路设计、印制板布线上想办法来减小电磁干扰或在机箱上增加屏蔽、采用有中心线(de) 共模扼流圈等方法来减小电磁干扰. 7．1 屏蔽用金属材料将机箱内部产生(de) 噪音封闭起来(de) 方法称为屏蔽.屏蔽对防止外部噪音进入机箱也是同样有效(de) .电场屏蔽和磁场屏蔽(de) 方法是不同(de) .电场屏蔽是用导体将噪音源包围起来,然后接地,就能达到屏蔽(de)目(de) .由于导体表面(de) 反射损耗很大,因此很薄(de) 材料（铝箔、铜箔）也有很好(de) 屏蔽效果.另外,机箱上即使有缝隙,也不会产生太大(de) 影响.磁场屏蔽主要用来屏蔽低频磁场(de) 干扰,这种干扰是由交流电流或直流电流产生(de) .例如,感应炼钢炉中有数万安培(de) 电流通过,在炉周围产生很强(de) 磁场,这个强磁场会使控制系统中(de) 磁敏器件失灵.最常见(de) 磁敏器件是彩色CRT显示器,在磁场(de) 作用下,显示器屏幕上(de) 图象颜色会失真,图象会产生抖动,导致显示质量严重降低,甚至无法使用.低频磁场往往随距离(de) 增加而衰减很快,因此在很多场合,将磁敏器件远离磁场源是减小磁场干扰(de) 十分有效(de) 措施.但当空间(de) 限制而无法采取这个方法时,屏蔽也是一个十分有效(de) 措施.要注意(de) 是,低频磁场屏蔽与射频磁场屏蔽是完全不同(de) ,射频磁场(de) 屏蔽使用导电率高(de) 材料如铍铜复合材料、银、锡或铝等材料,把它完全封闭起来,就可以了.但这些材料对低频磁场没有任何屏蔽作用.只有高导磁率(de) 铁磁合金才能屏蔽直流磁场或低频磁场.根据电磁屏蔽(de) 基本原理,低频磁场由于其频率低,吸收损耗很小,趋肤效应很小,并且由于其波阻抗很低,反射损耗也很小,因此单纯靠反射和吸收很难获得需要(de) 屏蔽效果.对这种低频磁场,要通过使用高导磁率材料为磁场提供一条磁阻很低(de) 旁路来实现屏蔽,这样空间(de) 磁场便会集中在屏蔽材料中,从而使磁敏器件免受磁场干扰.高导磁率材料在机械(de) 冲击下会极大地损失磁性,导致屏蔽效能下降.因此,屏蔽体在经过机械加工（如折弯、焊接、敲击、钻孔等）后,必须经过热处理以恢复磁性.热处理要在特定条件下进行,一般要在干燥氢气炉中以一定(de) 速率加热到1177℃,保持4个小时,然后以一定(de) 速率降低到室温.在对拼连接处进行焊接时,要使用屏蔽材料母料做焊接填充料,这样可以保证焊缝处(de) 高导磁.如果屏蔽效能要求较低,也可以采用铆接或点焊(de) 方式固定,但要注意拼接处(de) 屏蔽材料要有一定(de) 重叠,以保证磁路上较小(de) 磁阻.当需要屏蔽(de) 磁场很强时,仅用单层屏蔽材料,达不到屏蔽要求.这时,一种方法是增加材料(de) 厚度.但更有效(de) 方法是使用组合屏蔽,将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内,它们之间留有气隙.气隙内可以填充任何非导磁材料（如铝）做支撑.组合屏蔽(de) 屏蔽效果比单个屏蔽体高得多,因此组合屏蔽能够将磁场衰减到很低(de) 程度.7．2 电路设计由于时钟频率越高,高频能量(de) 发射越强,因此在数字电路中不要使用过高(de) 时钟频率.印制板上(de) 总线、较大(de) 环路面积和较长(de) 导线都是强辐射源,因此,除非必要,要尽量避免这些情况(de) 出现.使用大规模集成电路能够大幅度减少印制板上(de) 走线,从而减小辐射.在选用集成电路时,也有些问题需要注意.例如,高速肖特基电路由于脉冲上升时间很短,因此会在很高(de) 频率范围内产生发射.在功能允许(de) 条件下,尽量使用标准型电路.电路设计时要最大限度地保持数字线和信号线分离.信号通道必须远离输入输出线以防止数字线上开关噪音辐射到信号线上.电磁干扰 EMI (de) 来源及一些非常具体(de) 抑制方法来源:RFID信息作者: 发布时间:2007-08-03 18:02:26EMC 问题常常是制约中国电子产品出口(de) 一个原因,本文主要论述EMI (de) 来源及一些非常具体(de) 抑制方法.引言电磁兼容性 (EMC) 是指“ 一种器件、设备或系统(de) 性能,它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰 (IEEE C63.12-1987) . ” 对于无线收发设备来说,采用非连续频谱可部分实现 EMC 性能,但是很多有关(de) 例子也表明 EMC 并不总是能够做到.例如在笔记本电脑和测试设备之间、打印机和台式电脑之间以及蜂窝和医疗仪器之间等都具有高频干扰,我们把这种干扰称为电磁干扰 (EMI) .EMC问题来源所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化,有时变化速率还相当快,这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量,而相应(de) 电路则会将这种能量发射到周围(de) 环境中.EMI 有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导.信号辐射是通过外壳(de) 缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳,在开放(de) 空间中自由辐射,从而产生干扰.很多 EMI 抑制都采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合(de) 方式来实现,大多数时候下面这些简单原则可以有助于实现 EMI 屏蔽：从源头处降低干扰；通过屏蔽、过滤或接地将干扰产生电路隔离以及增强敏感电路(de) 抗干扰能力等. EMI 抑制性、隔离性和低敏感性应该作为所有电路设计人员(de) 目标,这些性能在设计阶段(de) 早期就应完成.对设计工程师而言,采用屏蔽材料是一种有效降低 EMI (de) 方法.如今已有多种外壳屏蔽材料得到广泛使用,从金属罐、薄金属片和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层 ( 如导电漆及锌线喷涂等 ) .无论是金属还是涂有导电层(de) 塑料,一旦设计人员确定作为外壳材料之后,就可着手开始选择衬垫.金属屏蔽效率可用屏蔽效率 (SE) 对屏蔽罩(de) 适用性进行评估,其单位是分贝,计算公式为SEdB=A+R+B其中 A ：吸收损耗 (dB) R ：反射损耗 (dB) B ：校正因子 (dB)( 适用于薄屏蔽罩内存在多个反射(de) 情况 )一个简单(de) 屏蔽罩会使所产生(de) 电磁场强度降至最初(de) 十分之一,即 SE 等于 20dB ；而有些场合可能会要求将场强降至为最初(de) 十万分之一,即 SE 要等于 100dB .吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗(de) 数量,吸收损耗计算式为AdB=1.314(f×σ×μ)1/2×t其中 f ：频率(MHz) μ ：铜(de) 导磁率σ ：铜(de) 导电率 t ：屏蔽罩厚度反射损耗 ( 近场 ) (de) 大小取决于电磁波产生源(de) 性质以及与波源(de) 距离.对于杆状或直线形发射天线而言,离波源越近波阻越高,然后随着与波源距离(de) 增加而下降,但平面波阻则无变化 ( 恒为 377) .相反,如果波源是一个小型线圈,则此时将以磁场为主,离波源越近波阻越低.波阻随着与波源距离(de) 增加而增加,但当距离超过波长(de) 六分之一时,波阻不再变化,恒定在 377 处.反射损耗随波阻与屏蔽阻抗(de) 比率变化,因此它不仅取决于波(de) 类型,而且取决于屏蔽罩与波源之间(de) 距离.这种情况适用于小型带屏蔽(de) 设备.近场反射损耗可按下式计算R( 电 )dB=321.8-(20×lg r)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)]R( 磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)]其中 r ：波源与屏蔽之间(de) 距离.SE 算式最后一项是校正因子 B ,其计算公式为B=20lg[-exp(-2t/σ)]此式仅适用于近磁场环境并且吸收损耗小于 10dB (de) 情况.由于屏蔽物吸收效率不高,其内部(de) 再反射会使穿过屏蔽层另一面(de) 能量增加,所以校正因子是个负数,表示屏蔽效率(de) 下降情况.EMI抑制策略只有如金属和铁之类导磁率高(de) 材料才能在极低频率下达到较高屏蔽效率.这些材料(de) 导磁率会随着频率增加而降低,另外如果初始磁场较强也会使导磁率降低,还有就是采用机械方法将屏蔽罩作成规定形状同样会降低导磁率.综上所述,选择用于屏蔽(de) 高导磁性材料非常复杂,通常要向 EMI 屏蔽材料供应商以及有关咨询机构寻求解决方案.在高频电场下,采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好(de) 屏蔽效果,但条件是屏蔽必须连续,并将敏感部分完全遮盖住,没有缺口或缝隙( 形成一个法拉第笼 ) .然而在实际中要制造一个无接缝及缺口(de) 屏蔽罩是不可能(de) ,由于屏蔽罩要分成多个部分进行制作,因此就会有缝隙需要接合,另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或装配组件(de) 连线.设计屏蔽罩(de) 困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙,而且设备运行过程中还会需要用到这些孔隙.制造、面板连线、通风口、外部监测窗口以及面板安装组件等都需要在屏蔽罩上打孔,从而大大降低了屏蔽性能.尽管沟槽和缝隙不可避免,但在屏蔽设计中对与电路工作频率波长有关(de) 沟槽长度作仔细考虑是很有好处(de) .任一频率电磁波(de) 波长为 : 波长(λ)= 光速 (C)/ 频率 (Hz)当缝隙长度为波长 ( 截止频率 ) (de) 一半时 ,RF 波开始以 20dB/10倍频 (1/10 截止频率 ) 或 6dB/8 倍频 (1/2 截止频率 ) (de) 速率衰减.通常 RF 发射频率越高衰减越严重,因为它(de) 波长越短.当涉及到最高频率时,必须要考虑可能会出现(de) 任何谐波,不过实际上只需考虑一次及二次谐波即可.7．3 印制板(de) 设计在印制板上合适(de) 放置元器件与合理(de) 安排印制板走线是很关键(de) .有些元器件,特别是磁性元件（如滤波器）在一个方向比其它方向可能有更大(de) 磁场.元器件相互之间成90°放置,磁场相互抵消并减小噪音辐射.开关器件远离磁性元件也能减小噪音辐射.印制板上(de)走线也是主要(de) 辐射源.走线产生辐射主要是由于逻辑电路中电流(de) 突变,在走线(de) 电感上产生感应电压,这个电压会产生较强(de) 噪音辐射.另外,由于走线起着发射天线(de) 作用,因此走线(de) 长度越长,辐射(de) 噪音越多.短(de) 走线比长(de) 走线辐射少.粗(de) 走线比细(de) 走线噪音辐射少.所以使走线尽可能地短,从而把走线(de) 自感减到最小是很必要(de) .7．4 采用有中心线(de) 共模扼流圈减少和改善噪音(de) 另一种方法,特别是对高频段,是在传输频道上用有中心线(de) 共模扼流圈,如图17所示.共模扼流圈(de) 耦合电容对中心线(de) 每一边是对称(de) .变压器(de) 次级具有分路,这分路有助于变压器(de) 次级绕组(de) 分布电容更好地控制传输频道上(de) 返回损耗.它还可以在高频段提供一阻尼(de) 下凹,其频率范围出现在(700～900)MHz之间,这个范围也可以进行控制,典型(de) 响应曲线见图18.变压器与 EMI (de) 关系系统设计工程师解决棘手(de) EMI 问题时,很多时候都未能认真地研究变压器(de) 设计.变压器与 EMI 之间有如下(de) 关系.由于变压器(de) 线圈带有高频电流,因此变压器实际上已成为接收 H 场(de) 天线.这些 H 场会冲击附近(de) 走线,并通过这些走线将 H 场传导或辐射到密封(de) 范围以外.由于部分线圈有摆动电压,因此实际上它们也成为接收电磁场(de) 天线. 初级及次级线圈之间(de) 寄生电容可以将噪声传送到绝缘层之外.由于次级线圈(de) 接地通常都与底板连在一起,因此这些噪声又会通过这个接地面传送回来,成为共模噪声.因此为了减少泄漏电感,最好将初级及次级线圈紧靠在一起,但这样也会增加线圈(de) 互感,从而增加共模噪声.下面介绍一些有助于防止上述干扰情况出现(de) 技术.符合安全规格(de) 变压器都在初级及次级线圈之间贴上三层符合安全规格(de) 聚酯 (Mylar) 胶带.除了这三层聚酯胶带之外,可能还会另外加。
