导体传导和共模汇总

5-2.噪声的导体传导5-2-1.共模噪声(1)电缆作为天线发射噪声的示例通过接口电缆连接电子设备(噪声抑制前)，测量电缆作为天线发射的噪声。如的示例(2)研究传导噪声的线路导线连接至相应线路相连的连接器内的端子，然后测量噪声。测量结果如图。的结果(3)叠加到接地的噪声也被称为共模噪声5-2-2.噪声传导的两种模式(1)共模和普通模式为普通模式。经过地线)(2)线路很多时共模噪声具备难以用示波器等一般测量设备来观测的特性。5-2-3.普通模式和差模(1)普通模式也称为差模包括线路很多时的情况(如图5-2-4)，我们通常称之为普通模式，只有在特指一对电线时(如差分信号)，才称其为差模。(2)普通模式也用于电路运行通过差模(普通模式)传输信号。但是，因为其它信号有时叠加到传输，共模也5-2-4.噪声发射的影响(1)普通模式噪声发射(2)共模噪声发射与普通模式不同，当噪声在共模下通过电缆传导时，不会获得抵消效应。如图共模发射的无线电波远远强于普通模式(可能强1000倍左右)。因此，抑制共低后文讲述。5-2-5.静噪滤波器的结构(1)通过电容器和电感器组成低通滤波器(2)普通模式用滤波器体磁珠等)组成普通模式用滤波器。。用阻抗元件。但是，如果接地感应到噪声(也就是说感应到共模噪声)，也可在的示例(3)共模用滤波器如图5-2-9所示，将电容器连接到接地(称为Y电容器)，组成一个共模用滤波0使用铁氧体磁芯的共模扼流线圈(4)适用于共模和普通模式的滤波器图5-2-11用于消除共模和普通模式的滤波器结构5-2-6.滤波器静噪的示例(1)通过商用电源线传导的噪声电(2)噪声模式的分离在图中，Sym(对称)表示普通模式，而Asym(不对称)表示共模。模在较高频率范围内更强。这种趋势在开关电源中很常见。图5-2-13分离共模和普通模式进行测量的示例(3)验证静噪滤波器的效果(4)在完全消除噪声后减去某元件可轻易看出其效果和必要性。这种方法不仅适用于检查传导的噪声，而且也适用于针对发射的噪声采取措施时验证各元件的有效性。一步的详细信息。波器的效果5-2-7.差分信号的共模噪声(1)差分信号的传输每条线路施加一个反相信号(如图5-2-15所示)，接收(2)差分信号中产生的共模噪声1.(a)上升或下降的时间偏差2.(b)上升和下降的速度偏差3.(c)电压或电流的大小偏差4.(d)叠加的共模噪声说(a)到(c)是形成信号波形时出现的问题而不是噪声问题(称为信号完(3)如何抑制差分信号中的噪声到(c)中信号波形的不平衡。通常用在驱动器侧。但是，如果噪声在接收器侧产7针对差分信号使用共模扼流线圈5-2-8.噪声接收和模式转换(1)噪声在被电缆接收时变成共模(2)噪声模式的转换1的阻抗与地线(Z)的阻抗存在差异(图5-2-19(a))，就会造成接收器所接收共2分转换为普通模式[参考文献1]。(3)不平衡终端阻抗导致模式转换Z和Z并不意味着这些元件实际存在，它们仅表示浮动静电容量等形成的阻抗。12会减少普通模式的转换。(4)IC内可能发生模式转换(5)防止模式转换1.(i)使用平衡-不平衡变压器或者共模扼流线圈等提供平衡与不平衡间的转换，以保持2.(ii)通过静噪滤波器消除产生的普通模式噪声。(ii)使用了电容器和阻抗元件(铁氧体磁珠)，如图5-2-20(c)。尽管这只是权5-2-9.共模和普通模式的特征(1)普通模式噪声的产生取决于电路运行(2)屏蔽对共模噪声可能无用若要使屏蔽(特别是静电屏蔽)发挥作用，就需要连接到接地。但是，如果产生用，以抑制共模噪声的原因。(3)如何屏蔽共模噪声量围住(图5-2-21)，然后屏蔽罩本身作为接地。(这被称为“法拉第笼”)噪声已经被消除了。这是因为观察整个电缆(包括屏蔽)时，总电流变为零。尽管这种屏蔽结构是理想的，但一般会规模较大且价格不菲。共模的屏蔽结构示例(5)观察共模和普通模式动。5-3.共模噪声产生，当噪声通过电缆传输时，成分中有普通模式和共模。同时也表明，噪声电压的产生以及电子设备接地中噪声电流的流动被称为共模噪声。中。但是，了解这些机制对设计低噪声电子设备非常有用。5-3-1.产生共模噪声的示例(1)当电缆连接到时钟信号接地时250MHz)附近，噪声发射增大。 本章节中还是称其为MSL。)(2)MSL在接地中也有噪声(1)高接地阻抗高导致共模噪声型[参考文献5,6]。(2)接地线很细时线直接连接到数字电路)中得到的电平。这表良的基板发射噪声的示例(3)接地模式作为偶极子天线就会变成共模噪声的径和接地发射噪声的示例的模型(4)减少共模噪声噪声，可以:1.(i)降低接地阻抗1.•接地线为平板状2.•在基板下放置金属板(称为接地层)并加强接地3.•靠拢接地与信号线(以增加信号线和接地之间的互感)4.•缩短接地线路(缩短返回电流的路径，必须缩短信号线)2.(ii)减少电流1.•增加负载阻抗2.•使用滤波器去除不需要的高频率范围成分(1)在无流动电流情况下产生噪声(2)共模电流流经浮动静电容量DM因为此电流为普通模式，噪声发射会减弱。这时，在天线中流动的电流会流经浮动静电容量C，如图所示。ant(3)接地越宽，共模电压越低流会流经数字电路的接地(如图5-3-8(a)所示)。即使信号电流和接地阻抗都非常小，但由于信号线中存在电压(噪声源)，于是产生了电流。在这种情况下，关于接地中产生的共模噪声电压，应该作何考虑？通过改动图5-3-8(b)所示。施加到此模型接地电容C的电压变成共模电压。gnd在图5-3-8(b)中，随着接地浮动静电容量C的增加(也就是说接地尺寸增大)gnd而降低，信号线的浮动静电容量C的减小，共模电压变小。一般而言，如果增sig大接地尺寸来加强接地，共模噪声会减少。通过图5-3-8(b)所示模型就可理解这一点。图5-3-8将电压驱动模型应用于数字电路的示例(4)共模噪声流经电缆的机制如果我们考虑将电缆接至这样的接地时，可发现共模电流会流经电缆(如图电缆这样连接到接地，一部分共模电流(如图5-3-8(a)中箭头所示)将流过比号线中存在电压(噪声源)，共模电流就会流经浮动静电容量。(5)减少共模噪声为有效减少电压驱动型中的共模噪声(接地中产生电压)，需要增加C同时降gnd低C也可以通过降低图5-3-7和图5-3-8中的C来减少噪声电流。下面是有sigant效达到这个目的的具体方法:1.(i)稳定接地电势1.•扩大接地且为平板状(增加Cgnd)2.•靠拢信号线和接地(降低Csig)3.•缩短信号线，避免不必要的突出(降低Cant和Csig)2.(ii)降低电压1.•降低驱动电压2.•使用滤波器去除不需要的高频率范围3.•在有浮动噪声源(散热器)时连接到接地3.(iii)降低噪声源的浮动静电容量Cant1.•避免误将有强烈噪声的元件靠近导线和金属。(6)通过加强接地抑制噪声制共模噪声布置在噪声源后面(在转换为共模之前)，从而有效抑制共模噪声。此时，还必图5-3-11在接地不良的基板中使用滤波器抑制噪声5-3-4.需要考虑的接地结构(1)共模噪声少的接地允许信号返回电流在信号线下方返回，这样能减少共模噪声。接地层覆盖整个免电源层采用此结构。(2)容易产生共模噪声的接地示例d(3)接地层有狭缝时号的返回电流，间隙的两端都会产生电压。尽管乍看之下个电源层时，就容易产生噪声。布置具有较多噪声的信号线(如时钟信号)，确(4)穿过多个接地层时信号穿过多层基板正反面时，结构如图所示。若要抑制产生的噪声，两层(当噪声的接地结构示例5-3-5.当线路突出屏蔽时(1)当中心导体突出同轴电缆时突图5-3-14当同轴电缆端部外露时的共模电流流动化(2)整个屏蔽变成噪声的天线(3)即使是小孔也会破坏屏蔽a5-3-6.公共阻抗噪声(1)公共阻抗导致的电路干扰型。(2)减少公共阻抗噪声1.(a)使用较粗的线，以减少共用区域内的阻抗2.(b)各电路使用独立的电源和接地线路，以消除共用区域3.(c)使用去耦电容器限制电路1电流(3)各电路使用独立的电源和接地线路(4)单点接地在方法(b)中，接地线从基准点连接到各终端电路，被称为单点接地(更准确地单点接地的详细信息，请参考技术资料[参考文献3,8,9]。(5)去耦电容器5-3-7.连接具有不同平衡水平的传输线(1)平衡电路和不平衡电路(2)连接具有不同平衡水平的电路]。此时，电路触点从普通模式转换为共模，反之亦然。这就是模式转不同平衡水平的线路图5-3-21连接平衡电路和不平衡电路时的噪声发射示例(3)平衡-不平衡转化电路这样连接平衡电路和不平衡电路时，通常使用一个被称为平衡-不平衡转化电路共模扼流线圈也可以大体上被视为平衡-不平衡转化电路。也常使用电阻网络或路的示例3-23使用共模扼流线圈抑制噪声的示例5-3-8.意外的平衡-不平衡连接(1)意外的连接导致模式转换(2)扁平电缆或柔性板(3)电源电缆或音频电缆。换，-不平衡连接的示例。措施。eseeseeseeseIntroductiontoElectromagneticCompatibilityClaytonR,PaulJohnWiley&Sons,Inc.1992ACEMI器(EMIFIL®)MurataManufacturingCo.,Ltd.CatalogC09C-2,2014[Japanese]InvestigationoffundamentalEMIsourcemechanismsdrivingcommon-moderadiationfromprintedcircuitboardswithattachedcablesDMHockansonJLDrewniakTHHubingTPVanDorenFShaM.J.WilhelmIEEETransactiononElectromagneticCompatibility,Vol.38,No.4,pp.557-566,November1996PCBDesignforReal-WorldEMIC