全面解读共模干扰和差模干扰

出处:网络整理 发布于:2026-05-25 14:31:29

  在电子设计领域,共模干扰和差模干扰是两个至关重要的概念,深刻理解它们对于保障电子设备的稳定运行和性能表现具有关键意义。
  通常,电源线包含三根线,即火线 L、零线 N 和地线 PE。电压和电流在导线中传输时呈现两种形态。一种是两根导线分别作为往返线路传输,这就是 “差模”;另一种是两根导线作为去路,地线作为返回传输,被称为 “共模”。就像图中所示,蓝色信号在两根导线内部往返传输,属于 “差模”;黄色信号在信号与地线之间传输,则为 “共模”。
  任何两根电源线上存在的干扰,都能用共模干扰和差模干扰来表示。共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,它是指任何载流导体与参考地之间不希望有的电位差;差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰,是指任何两个载流导体之间不希望有的电位差。一般情况下,共模干扰幅度大、频率高,还能通过导线产生辐射,造成的干扰较大;而差模干扰幅度小、频率低,造成的干扰相对较小。
  共模干扰信号
  共模干扰的电流大小不一定相等,但方向(相位)相同。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主,外来的干扰也大多是共模干扰。虽然共模干扰本身一般不会对设备产生危害,但如果它转变为差模干扰,情况就会变得严重,因为有用信号通常都是差模信号。
  差模干扰信号
  差模干扰的电流大小相等,方向(相位)相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续,以及信号回流路径流过了意料之外的通路等原因,差模电流会转换成共模电流。
  共模干扰产生原因
  电网串入共模干扰电压。
  辐射干扰(如雷电、设备电弧、附近电台、大功率辐射源)在信号线上感应出共模干扰。这是因为交变的磁场产生交变的电流,且地线 - 零线回路面积与地线 - 火线回路面积不同,两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。
  接地电压不一样,简单来说就是电位差导致了共模干扰。
  设备内部的线路对电源线造成共模干扰。
  共模干扰电流
  共模干扰一般以共模干扰电流的形式存在,其产生原因主要有三个方面:
  外界电磁场在电路走线的所有导线上感应出电压(这个电压相对于大地是等幅和同相的),由此产生的电流。
  由于电路走线两端的器件所接的地电位不同,在这个地电位差的驱动下产生的电流。
  器件上的电路走线与大地之间有电位差,从而在电路走线上产生共模干扰电流。
  注意事项
  若器件在其电路走线上产生共模干扰电流,电路走线会产生强烈的电磁辐射,对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,影响产品的性能指标。
  当电路不平衡时,共模干扰电流会转变为差模干扰电流,差模干扰电流会直接对电路产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言,差模干扰电流流过电路中的导线环路时,会引起差模干扰辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场,或接收磁场。
  共模干扰主要集中在 1MHz 以上。这是因为共模干扰是通过空间感应到电缆上的,这种感应只有在较高频率时才容易发生。不过,当电缆从很强的磁场辐射源(例如,开关电源)旁边通过时,也会感应到频率较低的共模干扰。
  如何抑制共模干扰
  共模干扰是 EMC 干扰中为常见且危害较大的干扰,抑制它直接的方法就是滤波。
  在电路中串入共模电感,当有共模干扰电流流经线圈时,由于共模干扰电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模干扰电流,达到滤波的目的;当电路中的正常差模电流流经共模电感时,电流在同相绕制的共模电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,因而对正常的差模电流基本没有衰减作用。
  以 USB 信号为例,USB 端口的滤波处理可使用共模电感。USB 传输线上的信号是差分信号,而干扰源是共模干扰信号,在传输线上串上共模电感能较好地抑制共模干扰,且对有用的差分信号没有任何衰减。USB 高速运行会在 DM/DP 信号线上产生很强的共模干扰,电路中加入滤波器 - 共模电感后,共模干扰信号能得到有效抑制。
  如果共模干扰源是在电源回路,可使用共模电容来抑制干扰信号。在电路中引入共模电容,共模电容会提供短的路径使共模干扰信号被旁路,从而抑制共模干扰的产生。如果电源回路同时还存在差模干扰,则使用差模电容来抑制干扰,差模电容同样会提供短的路径使差模干扰信号被旁路,进而抑制差模干扰的产生。

  除了滤波,抑制共模干扰还可以通过对信号线路进行屏蔽,在 PCB 板上大面积铺地降低地线阻抗来减少共模信号强度等方法。




关键词:共模干扰

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共模干扰是指对地(对外壳)产生,不对称,比较强超过3mhz;
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