我們在使用電子設備時通常會受到噪音的影響。在某些情況下，噪聲會引起故障或已經(jīng)造成了嚴重的損失。因此，噪聲抑制對于所有電子設備都是必不可少的。所以，存在著各種噪聲應對策略。

你知道共模噪聲嗎？據(jù)說“很難處理”，對于電子設備制造商來說，正確理解共模噪聲并制定對策至關重要。在本文中，英銳恩單片機開發(fā)工程師將解釋什么是共模噪聲以及主要用作對策的共模濾波器。

一、噪音類型

電子電路的基本原理是它們通過傳輸電信號來工作，但是噪聲總是附加在電信號上。噪音首先是指“需要的信號以外”的信號，但對于用電的設備來說，受到干擾是絕對不可避免的，因為它們不僅可能來自本身電源電路，也可能來自周圍環(huán)境。

這種噪聲有幾種類型：

一是雷擊、靜電等自然噪聲，以及設備產(chǎn)生的人為噪音。后者的人工噪聲也各不相同，但其中一種稱為EMI（電磁接口），其中無線電波和高頻電磁波成為噪聲。

由于這種EMI是無線電波和電磁波，它不僅會導致設備本身出現(xiàn)故障，還可能從設備中輻射出來，影響其他設備。這種EMI進一步分為設備發(fā)出的輻射噪聲和影響電路中電纜和電線的傳導噪聲。

這次引入的共模噪聲被歸類為傳導噪聲。根據(jù)“信號傳輸方式”的不同，又分為常（差）模噪聲和共模噪聲，分別需要采取不同的措施。

二、共模與普通模式

這里的模式是指信號的傳輸方式。

①什么是普通模式？

通常，如果只有一根導體，輸入信號和噪聲將按原樣傳輸。然后，這個信號在傳送到負載和另一個電路的同時通過，最后返回到原來的位置。

作為理所當然的事，該波形的電流（返回路徑）的在所述時間的返回是相反在輸入時。意思是你在路上開車，如果你掉頭，你會向相反的方向轉彎。這種信號的傳輸方式稱為正常模式，或差分模式，因為返回路徑上的相位不同。

在差模下，輸入信號與返回信號的關系非常明確，因此相對容易采取抗噪措施。

②什么是共模？

并非所有電子電路都采用正常模式。在返回路徑上，信號可能經(jīng)過一些地或外殼后返回，因此可能與輸入時的波形同相，這是稱為共模的信號傳輸。

common 以“相同”的意思命名。當然，這意味著噪聲以相反的相位返回。之所以采用這樣的路徑有多種因素，但一個是接地（參考電位）和接地/外殼之間存在雜散電容差異，這會導致阻抗差異。諸如這種阻抗的不平衡是共模的來源，其影響將受到強烈影響。這是因為如果阻抗像輸入時一樣高，它會阻止交流電和噪聲的通過，但在這里它會降低。

③ 為什么共模是個大問題？

共模被認為在噪聲抑制方面非常困難。

首先，在共模中，噪聲的傳輸方式變得復雜。在普通模式下，它通過簡單的線路傳輸，因此在該線路上采取噪聲對策就足夠了。但是，由于共模是通過接地和外殼發(fā)生的，因此不清楚在哪里采取措施。

其次，我們不知道噪音從哪里以及如何穿過地球。此外，由于它在地面等處繪制一個大循環(huán)時返回，因此可能會影響遠處的設備。而且，同相返回的信號重疊變大，噪聲相應增大的情況也很多。

這樣，噪聲管理難度大，影響大，因此共模及其噪聲對策成為電子設備的一大難題。

三、共模應對措施

以下是兩種可將共模效應降至最低的噪聲對策。

對策1：利用差分數(shù)據(jù)傳輸

如上所述，共模發(fā)生在阻抗不平衡時。換句話說，為了抑制這種影響，需要匹配阻抗。因此，差分傳輸數(shù)據(jù)是有效的。目前，這種差分傳輸是高速數(shù)字通信的主流。

傳統(tǒng)的，使用單條信號線的單端傳輸已用于數(shù)據(jù)傳輸。單端傳輸是相對地，根據(jù)電壓高低決定“1”“0”或“H”“L”。單端簡單，可以低成本實現(xiàn)，但隨著速度的增加，信號表現(xiàn)跟不上，信號隨距離衰減，線材長度有限，產(chǎn)生噪聲。一個缺點是它很弱。

另一方面，差分傳輸是一種使用兩條信號線，發(fā)送相位為180°C的相反信號的方法。換句話說，這意味著創(chuàng)建一個普通模式。這也稱為差分輸入或平衡連接。如果可以創(chuàng)建差分傳輸，則信號將以相等的幅度傳輸，并且不易受到噪聲和接地的影響。此外，其他條件如阻抗相同，只是相位不同，理論上不會產(chǎn)生共模噪聲。

然而，這是“理論上”的。在實際差分傳輸中，兩條信號線的特性不可能完全相同，從而導致不平衡。結果，結果證明僅假設正常模式的噪聲對策是不夠的。

另一種有效的方法是共模濾波器。

對策2：共模濾波器

共模濾波器是一種對抗共模的對策元件，共模發(fā)生在無法產(chǎn)生完美平衡狀態(tài)的電路中。一般使用電感（線圈）的性質。電容器等普通噪聲抑制濾波器按頻率區(qū)分信號的必要性。

但是，共模濾波器根據(jù)模式（例如“普通”或“正?！保┨崛”匾男盘?，并去除噪聲。之所以可以進行這種分離，是因為共模濾波器將兩個導體合并為一根導線，并具有繞芯纏繞的線圈形狀。

這兩個導體以相同的方向纏繞。換言之，它具有兩個扼流圈合為一體的結構。當電流流過線圈時，鐵芯中會產(chǎn)生磁場，其作用是防止電流和磁場發(fā)生變化（自感）。另外，阻抗變高，有直流和低頻信號可以通過，交流和高頻信號不能通過的特性。

在差動傳輸中，在去路和返回路徑上流動的信號是異相的，因此在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向也相反，從而抵消了磁通。換句話說，它起到普通導體的作用，可以毫無問題地傳輸信號。

另一方面，在共模中，同相信號同時流向去路和返回路徑，因此磁芯中產(chǎn)生的磁通量也具有相同的方向，像噪聲一樣重疊，變強變大。換句話說，發(fā)生自感應，線圈工作以阻止共模信號的通過。

現(xiàn)在，從共模信號中去除噪聲的共模濾波器已被用于各種高速數(shù)字設備中。如今，它變得越來越小，因此也用于筆記本電腦和手機等小型電子設備中。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的“關于EMI噪聲抑制：應該了解哪些共模？”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發(fā)，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。