我們?cè)谑褂秒娮釉O(shè)備時(shí)通常會(huì)受到噪音的影響。在某些情況下，噪聲會(huì)引起故障或已經(jīng)造成了嚴(yán)重的損失。因此，噪聲抑制對(duì)于所有電子設(shè)備都是必不可少的。所以，存在著各種噪聲應(yīng)對(duì)策略。

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

一、噪音類(lèi)型

電子電路的基本原理是它們通過(guò)傳輸電信號(hào)來(lái)工作，但是噪聲總是附加在電信號(hào)上。噪音首先是指“需要的信號(hào)以外”的信號(hào)，但對(duì)于用電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，受到干擾是絕對(duì)不可避免的，因?yàn)樗鼈儾粌H可能來(lái)自本身電源電路，也可能來(lái)自周?chē)h(huán)境。

這種噪聲有幾種類(lèi)型：

一是雷擊、靜電等自然噪聲，以及設(shè)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(chēng)為EMI（電磁接口），其中無(wú)線(xiàn)電波和高頻電磁波成為噪聲。

由于這種EMI是無(wú)線(xiàn)電波和電磁波，它不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備本身出現(xiàn)故障，還可能從設(shè)備中輻射出來(lái)，影響其他設(shè)備。這種EMI進(jìn)一步分為設(shè)備發(fā)出的輻射噪聲和影響電路中電纜和電線(xiàn)的傳導(dǎo)噪聲。

這次引入的共模噪聲被歸類(lèi)為傳導(dǎo)噪聲。根據(jù)“信號(hào)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(hào)的傳輸方式。

①什么是普通模式？

通常，如果只有一根導(dǎo)體，輸入信號(hào)和噪聲將按原樣傳輸。然后，這個(gè)信號(hào)在傳送到負(fù)載和另一個(gè)電路的同時(shí)通過(guò)，最后返回到原來(lái)的位置。

作為理所當(dāng)然的事，該波形的電流（返回路徑）的在所述時(shí)間的返回是相反在輸入時(shí)。意思是你在路上開(kāi)車(chē)，如果你掉頭，你會(huì)向相反的方向轉(zhuǎn)彎。這種信號(hào)的傳輸方式稱(chēng)為正常模式，或差分模式，因?yàn)榉祷芈窂缴系南辔徊煌?br/>
在差模下，輸入信號(hào)與返回信號(hào)的關(guān)系非常明確，因此相對(duì)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(hào)可能經(jīng)過(guò)一些地或外殼后返回，因此可能與輸入時(shí)的波形同相，這是稱(chēng)為共模的信號(hào)傳輸。

common 以“相同”的意思命名。當(dāng)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(gè)是接地（參考電位）和接地/外殼之間存在雜散電容差異，這會(huì)導(dǎo)致阻抗差異。諸如這種阻抗的不平衡是共模的來(lái)源，其影響將受到強(qiáng)烈影響。這是因?yàn)槿绻杩瓜褫斎霑r(shí)一樣高，它會(huì)阻止交流電和噪聲的通過(guò)，但在這里它會(huì)降低。

③ 為什么共模是個(gè)大問(wèn)題？

共模被認(rèn)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(fù)雜。在普通模式下，它通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)路傳輸，因此在該線(xiàn)路上采取噪聲對(duì)策就足夠了。但是，由于共模是通過(guò)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(guò)地球。此外，由于它在地面等處繪制一個(gè)大循環(huán)時(shí)返回，因此可能會(huì)影響遠(yuǎn)處的設(shè)備。而且，同相返回的信號(hào)重疊變大，噪聲相應(yīng)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(duì)策成為電子設(shè)備的一大難題。

三、共模應(yīng)對(duì)措施

以下是兩種可將共模效應(yīng)降至最低的噪聲對(duì)策。

對(duì)策1：利用差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

如上所述，共模發(fā)生在阻抗不平衡時(shí)。換句話(huà)說(shuō)，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(hào)線(xiàn)的單端傳輸已用于數(shù)據(jù)傳輸。單端傳輸是相對(duì)地，根據(jù)電壓高低決定“1”“0”或“H”“L”。單端簡(jiǎn)單，可以低成本實(shí)現(xiàn)，但隨著速度的增加，信號(hào)表現(xiàn)跟不上，信號(hào)隨距離衰減，線(xiàn)材長(zhǎng)度有限，產(chǎn)生噪聲。一個(gè)缺點(diǎn)是它很弱。

另一方面，差分傳輸是一種使用兩條信號(hào)線(xiàn)，發(fā)送相位為180°C的相反信號(hào)的方法。換句話(huà)說(shuō)，這意味著創(chuàng)建一個(gè)普通模式。這也稱(chēng)為差分輸入或平衡連接。如果可以創(chuàng)建差分傳輸，則信號(hào)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(huì)產(chǎn)生共模噪聲。

然而，這是“理論上”的。在實(shí)際差分傳輸中，兩條信號(hào)線(xiàn)的特性不可能完全相同，從而導(dǎo)致不平衡。結(jié)果，結(jié)果證明僅假設(shè)正常模式的噪聲對(duì)策是不夠的。

另一種有效的方法是共模濾波器。

對(duì)策2：共模濾波器

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

但是，共模濾波器根據(jù)模式（例如“普通”或“正常”）提取必要的信號(hào)，并去除噪聲。之所以可以進(jìn)行這種分離，是因?yàn)楣材V波器將兩個(gè)導(dǎo)體合并為一根導(dǎo)線(xiàn)，并具有繞芯纏繞的線(xiàn)圈形狀。

這兩個(gè)導(dǎo)體以相同的方向纏繞。換言之，它具有兩個(gè)扼流圈合為一體的結(jié)構(gòu)。當(dāng)電流流過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，鐵芯中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其作用是防止電流和磁場(chǎng)發(fā)生變化（自感）。另外，阻抗變高，有直流和低頻信號(hào)可以通過(guò)，交流和高頻信號(hào)不能通過(guò)的特性。

在差動(dòng)傳輸中，在去路和返回路徑上流動(dòng)的信號(hào)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(huà)說(shuō)，它起到普通導(dǎo)體的作用，可以毫無(wú)問(wèn)題地傳輸信號(hào)。

另一方面，在共模中，同相信號(hào)同時(shí)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(qiáng)變大。換句話(huà)說(shuō)，發(fā)生自感應(yīng)，線(xiàn)圈工作以阻止共模信號(hào)的通過(guò)。

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

以上就是英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師分享的“關(guān)于EMI噪聲抑制：應(yīng)該了解哪些共模？”。英銳恩專(zhuān)注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。