01 ? 【基本概念】

電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導體傳播的電磁騷擾，叫傳導騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。

上圖傳染病的模型非常近似：

02 ? 【電磁騷擾的常用單位】

騷擾的單位通用分貝來表示，分貝的原始定義為兩個功率的比：

通常用 dBm 表示功率的單位，dBm 即是功率相對于 1mW 的值：

通過以下的推導可知電壓由分貝表示為（注意有一個前提條件為 R1=R2)：

通常用 dBuV 表示電壓的大小，dBuV 即是電壓相對于 1uV 的值。

對于輻射騷擾通常用電磁場的大小來度量，其單位是 V/m。通常用的單位是?dBuV/m。 03 ? 【傳導干擾】

共阻抗耦合

由兩個回路經公共阻抗耦合而產生，干擾量是電流i，或變化的電流di/dt。 容性耦合 在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。 感性耦合 在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。 a、共阻抗耦合 由兩個回路經公共阻抗耦合而產生，干擾量是電流 i，或變化的電流 di/dt。

、 當兩個電路的地電流流過一個公共阻抗時，就發生了公共阻抗耦合。我們在放大器中，級與級之間的一種耦合方式是“阻容”耦合方式，這就是一種利用公共阻抗進行信號耦合的應用。在這里，上一級的輸出與下一級的輸入共用一個阻抗。 由于地線就是信號的回流線，因此當兩個電路共用一段地線時，彼此也會相互影響。一個電路的地電位會受到另一個電路工作狀態的影響，即一個電路的地電位受另一個電路的地電流的調制，另一個電路的信號就耦合進了前一個電路。 對于兩個共用電源的電路也存在這個問題。解決的辦法是對每個電路分別供電，或加解耦電路。

阻性耦合干擾抑制方法 1）讓兩個電流回路或系統彼此無關。信號相互獨立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。 2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當耦合阻抗趨于零時，稱為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導線電阻和導線電感都盡可能小。 3）電路去耦：即各個不同的電流回路之間僅在唯一的一點作電的連接，在這一點就不可能流過電路性干擾電流，于是達到電流回路間電路去耦的目的。 4）隔離：電平相差懸殊的相關系統（比如信號傳輸設備和大功率電氣設備之間），常采用隔離技術。

b、容性耦合 在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓 du/dt。 ?

容性耦合干擾抑制方法 為了抑制電容性干擾可以采取以下措施： 1）干擾源系統的電氣參數應使電壓變化幅度和變化率盡可能地小； 2）被干擾系統應盡可能設計成低阻； 3）兩個系統的耦合部分的布置應使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統，則應使其間距盡量大，導線短，避免平行走線； 4）可對干擾源的干擾對象進行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導體表面和干擾對象的導體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最?。??

容性耦合干擾抑制實例

BUCK電路中還存在高頻開關節點(Phase、或者叫做SW note),這里的dv/dt會產生電場，也會產生輻射，同時引起的共模電流也會在傳導測試中占據重要分量，尤其是在CISPR25的測試中。高頻開關節點常常和輻射相關，尤其是在單桿天線測試和雙錐天線測試中，在單桿天線測試中，高頻開關節點產生的近場電場直接可以通過單桿天線接收。 抑制高頻開關節點的dv/dt，首先可以通過減小面積來減小近場電場的電場強度。如下圖，通過減小SW的鋪銅面積，電場強度有了明顯的減小。同樣的方法，可以在單桿測試中，可以通過減小SW鋪銅或者電感的體積來實現。前面我們分析過電感并不能保持穩定的電位，也是高頻開關節點。

c、感性耦合 在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流 di/dt。 當信號沿傳輸線傳播時，信號路徑與返回路徑之間將產生電場，圍繞在信號路徑和返回路徑周圍也有磁場。如圖所示，基板材料為FR4的50Ω微帶線橫截面上的電力線和磁力線，可見，這些場并不僅僅局限于微帶線的正下方，而是會延伸到周圍的空間。這些延伸出去的場稱為邊緣場。

邊緣場 根據電磁場基本理論，變化的電場產生感應電流，變化的磁場產生感應電壓。那么，當一個網絡（靜態網絡）的布線進入另一網絡（動態網絡）的邊緣場時，一旦動態網絡上的信號電壓和電流發生變化，將會引起邊緣場的變化，邊緣場的變化又將在靜態網絡上感應出噪聲電壓或電流，這就是串擾產生的物理根源。 這種兩個網絡之間通過場相互作用被稱做耦合，耦合又可以分為容性耦合和感性耦合，而把耦合電容和耦合電感分別稱做互容和互感. 互容和互感都對串擾有貢獻，但要區別對待。當返回路徑是很寬的均勻平面時，如PCB上的布線，容性耦合和感性耦合大體相當。因此，要精確預測耦合傳輸線的串擾，兩種因素都必須考慮。如果返回路徑不是很寬的均勻平面，比如引線，雖然容性耦合和感性耦合也都存在，但串擾主要來自于互感。這時，如果動態網絡上有一個快速變化的電流，如上升、下降沿，將會在靜態網絡上引起不可忽視的噪聲。 ?

感性耦合干擾抑制方法 1）?干擾源系統的電氣參數應使電流變化的幅度和速率盡量小； 被干擾系統應該具有高阻抗； 2）減少兩個系統的互感，為此讓導線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，采用雙線結構時應縮小電流回路所圍成的面積； 3）對于干擾源或干擾對象設置磁屏蔽，以抑制干擾磁場。 4）采用平衡措施，使干擾磁場以及耦合的干擾信號大部分相互抵消。如使被干擾的導線環在干擾場中的放置方式處于切割磁力線最小（環方向與磁力線平行），則耦合的干擾信號最小；另外如將干擾源導線平衡絞合，可將干擾電流產生的磁場相互抵消。

感性耦合干擾抑制實例 那么我們要分析如何抑制高頻電流環路的引起的噪聲源？高頻電流環路可以看成是磁偶極子，磁矩，磁場強度隨著電流和環路面積而增大，那么可以通過降低電流和減小面積來實現， 首先，我們需要找出不同拓撲的高頻電流環路。如下圖，紅色的環路便是di/dt變化比較大的電流高頻環路，可以看到BUCK電路，電流高頻環路存在于輸入電容和兩個開關管形成的閉合環路，而BOOST電路作為對偶拓撲，電流高頻環路存在于輸出電容和兩個開關管。而SEPIC電路的電流高頻環路存在于開關管和兩個電容形成的環路中。 可以看到高頻電流環路存在于開關管和連接開關管的電容形成的回路，因為電流變化最劇烈的通常在開關管之間，電流實在兩個開關管之間切換，而通常電感由于電流不能突然變化，di/dt受到限制，而不是我們重點考察高頻電路環路的部分。

找到高頻電流環路后，我們需要抑制該噪聲源引起的近場磁場。最有效的方式就是減少該環路的面積，通常電流大小需要滿足功率輸出的要求，不能隨意減小。 最簡單的方式就是選用集成MOSFET的同步BUCK，來替換非同步的BUCK。如圖，選用同步的SOT23-8的BUCK芯片，輸入電容可以靠近芯片放置，高頻電流環路遠小于左邊的非同步BUCK，對外的輻射要小很多。

04 ? 【共模干擾與差模干擾】

共模干擾（Common-mode）：兩導線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。

差模干擾（Differential-mode）：兩導線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。

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共模(Common mode)是指存在于兩根或多根導線中，流經所有導線的電流都是同極性的，差模(Differential mode)是指在導線對上的電流極性是相反的。 共模干擾的干擾電流在電纜中的所有導線上幅度／相位相同，它在電纜與大地之間形成回路流動，見圖(a)。差模干擾的干擾電流在信號線與信號地線之間流動，見圖(b)。 由于共模干擾與差模干擾的干擾電流在電纜上的流動方式不同，對這兩種干擾電流的濾波方法也不相同。因此在進行濾波設計之前必須了解所面對的干擾電流的類型。

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?！焙汀安钅！?。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，這兩根導線作為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”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差?！?，后者叫“共?！薄?串模干擾（差模干擾）與共模干擾（接地干擾）。以主板上的兩條PCB走線（連接主板各元件的導線）為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線之間的干擾；而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。

扼流圈 抑制共模干擾的主要方法是應用共模扼流圈。共模扼流圈是共模插入損耗中起主導作用的電感元件。它是在一個磁環/閉合磁路的上下兩個半環上，分別繞制相同匝數但繞向相反的線圈。

差模干擾指的是干擾電壓存在于信號線及其回線之間。干擾回路則是在導線與回線構成的回路中流動。 抑制差模干擾的主要方法是應用共差扼流圈。差模扼流圈是差模插入損耗中起主導作用的電感元件。它采用單個繞組結構繞制，而不像共模扼流圈那樣在一個磁芯上采用兩個相同繞組的結構。

共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上，形成一個四端器件，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。原理是流過共模電流時磁環中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線圈流過差模電流時，磁環中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過。電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達150MHz。根據傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進線引入的外界干擾，另一類是由電子設備產生并經電源線傳導出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號，電子設備既是噪聲干擾的對象，又是一個噪聲源。 若從形成特點看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。差模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線)的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對大地(簡稱線對地)的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應符合電磁兼容性(EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設備向外部發出噪聲干擾，以免影響同一電磁環境下其他電子設備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應對串模、共模干擾都起到抑制作用。 大部分電路設計中，共模電感的取值通常是5-33mH，典型值是10-33mH，也可根據共模電感的計算公式計算出電感量的最小值。 X1為頻率為f時的阻抗值。本次選擇的是33mH/3A的共模電感。

05 ? 【什么是共模殘壓】

共模電壓(common mode voltage):在每一導體和所規定的參照點之間（往往是大地或機架）出現的相量電壓的平均值?；蛘哒f同時加在電壓表兩測量端和規定公共端之間的那部分輸入電壓。

差模電壓（symmetrical voltage）：一組規定的帶電導體中任意兩根之間的電壓。所以差模電壓又稱對稱電壓。

在規定波形，標稱放電電流沖擊氧化鋅閥片，閥片兩端測到的電壓峰值，稱為殘壓。殘壓與壓敏電壓的比值，殘壓比。雷擊，閃電會在輸入/輸出電源線上產生瞬間高壓，大電流，影響用戶設備穩定運行，嚴重時會造成設備損壞。避雷器按接法分可分為共模接法和差模接法兩種：避雷器接在相線之間或相線與零線之間稱為差模接法，即所謂橫向保護。避雷器接在相線與地線之間或零線與地線之間稱為共模接法，即所謂縱向保護。

消除共模干擾

（1）采用屏蔽雙絞線并有效接地 （2）布線時遠離 高壓線，更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線 （3）采用 線性穩壓電源或高品質的 開關電源(紋波干擾小于50mV) （4）使用差分式電路 （5）在信號線或電源線中串聯共模扼流圈、在地與導線之間并聯電容器、組成LC濾波器進行濾波,濾去共模傳導噪聲。 消除差模干擾 （1）前提是減小共模干擾，不然共模干擾可能轉化為差模干擾 （2）采用差模扼流圈。

審核編輯：黃飛

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