共模干擾和差模干擾

 從干擾源發出的干擾泄漏到外部的途徑、或者是干擾侵入到受干擾的設備中的途徑,有電壓、電流通過電源線或信號線的傳導傳輸和靠電磁波在空間輻射傳輸二種途徑。
電壓電流的變化通過導線傳輸時有二種形態,我們將此稱做“共模”和“差模”。設備的電源線、電話等的通信線、與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作爲往返線路輸送電力或信號。但在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是“地線”。干擾電壓和電流分爲兩種:一種是兩根導線分別做爲往返線路傳輸;另一種是兩根導線做去路,地線做返回路傳輸。前者叫“差模”,後者叫“共模”。
如圖1所示,電源、信號源及其負載通過兩根導線連接。流過一邊導線的電流與另一邊導線的電流幅度相同,方向相反。但是干擾源並不一定連接在兩根導線之間。由於噪聲源有各種形態,所以也有在兩根導線與地線之間的電壓。其結果是流過兩根導線的干擾電流幅度不同。

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圖1差模干擾
請看圖2,在加在兩線之間的干擾電壓的驅動下,兩根導線上有幅度相同但方向相反的電流(差模電流)。但如果同時在兩根導線與地線之間加上干擾電壓,兩根線就會流過幅度和方向都相同的電流,這些電流(共模)合在一起經地線流向相反方向。我們來考察流過兩根導線的電流。一根導線上的差模干擾電流與共模干擾同向,因此相加;另一根導線上的差模噪聲與共模噪聲反向,因此相減。因此,流經兩根導線的電流具有不同的幅度。
我們再來考慮一下對地線的電壓。如圖2,對於差模電壓,一根導線上是(線間電壓)/2,而另一根導線上是-(線間電壓)/2,因而是平衡的。但共模電壓兩根導線上相同。所以當兩種模式同時存在時,兩根導線對地線的電壓也不同。

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圖2對地電壓/電流與差模、共模電壓/電流之間的關係
因此,當兩根導線對地線電壓或電流不同時,可通過下列方法求出兩種模式的成分:
VN=(V1-V2)/2Vc=(V1+V2)/2
IN=(I1-I2)/2Ic=(I1+I2)/2
通過被連接的電路,兩根導線終端與地線之間存在着阻抗。這兩條線的阻抗一旦不平衡,在終端就會出現模式的相互轉換。即通過導線傳遞的一種模式在終端反射時,其中一部分會變換成另一種模式。
另外,通常兩根導線之間的間隔較小,導線與地線導體之間距離較大。所以若考慮從導線輻射的干擾,與差模電流產生的輻射相比,共模電流輻射的強度更大。
與此相反,可以說因外部電磁場干擾在導線上產生的干擾電壓/電流,或附近的導線等產生的靜電感應、電磁感應等的耦合是一樣的。

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