共模、差模信號的關(guān)鍵特性和噪音的抑制方法

6.1 理想自耦變壓器對差模信號的效應

從差模信號看,有中心抽頭的自耦變壓器是兩個(gè)在相位上相同的對分繞組,見(jiàn)圖15。這就意味差模電流在其中所形成的磁場(chǎng),會(huì )使其對差模電流呈現高阻抗。相當于對差模信號并聯(lián)了一個(gè)高阻值的阻抗,它對差模信號的大小沒(méi)有影響。

6.2 理想自耦變壓器對共模信號的效應

從共模信號看,有中心抽頭的自耦變壓器是兩個(gè)在相位上相反的對分繞組,見(jiàn)圖16。這就意味共模電流在其中會(huì )形成大小相等相位相反的磁場(chǎng),這一磁場(chǎng)會(huì )使共模電流的輸出互相抵消。對共模信號呈現零阻抗效應,使共模信號直接短路到地。

7、減小電磁干擾的一些常用方法

通常都是在電路設計、印制板布線(xiàn)上想辦法來(lái)減小電磁干擾或在機箱上增加屏蔽、采用有中心線(xiàn)的共模扼流圈等方法來(lái)減小電磁干擾。

7.1 屏蔽

用金屬材料將機箱內部產(chǎn)生的噪音封閉起來(lái)的方法稱(chēng)為屏蔽。屏蔽對防止外部噪音進(jìn)入機箱也是同樣有效的。電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽的方法是不同的。

電場(chǎng)屏蔽是用導體將噪音源包圍起來(lái),然后接地,就能達到屏蔽的目的。由于導體表面的反射損耗很大,因此很薄的材料（鋁箔、銅箔）也有很好的屏蔽效果。另外,機箱上即使有縫隙,也不會(huì )產(chǎn)生太大的影響。

磁場(chǎng)屏蔽主要用來(lái)屏蔽低頻磁場(chǎng)的干擾,這種干擾是由交流電流或直流電流產(chǎn)生的。例如,感應煉鋼爐中有數萬(wàn)安培的電流通過(guò),在爐周?chē)a(chǎn)生很強的磁場(chǎng),這個(gè)強磁場(chǎng)會(huì )使控制系統中的磁敏器件失靈。最常見(jiàn)的磁敏器件是彩色CRT顯示器,在磁場(chǎng)的作用下,顯示器屏幕上的圖象顏色會(huì )失真,圖象會(huì )產(chǎn)生抖動(dòng),導致顯示質(zhì)量嚴重降低,甚至無(wú)法使用。低頻磁場(chǎng)往往隨距離的增加而衰減很快,因此在很多場(chǎng)合,將磁敏器件遠離磁場(chǎng)源是減小磁場(chǎng)干擾的十分有效的措施。但當空間的限制而無(wú)法采取這個(gè)方法時(shí),屏蔽也是一個(gè)十分有效的措施。要注意的是,低頻磁場(chǎng)屏蔽與射頻磁場(chǎng)屏蔽是完全不同的,射頻磁場(chǎng)的屏蔽使用導電率高的材料如鈹銅復合材料、銀、錫或鋁等材料,把它完全封閉起來(lái),就可以了。但這些材料對低頻磁場(chǎng)沒(méi)有任何屏蔽作用。只有高導磁率的鐵磁合金才能屏蔽直流磁場(chǎng)或低頻磁場(chǎng)。

根據電磁屏蔽的基本原理,低頻磁場(chǎng)由于其頻率低,吸收損耗很小,趨膚效應很小,并且由于其波阻抗很低,反射損耗也很小,因此單純靠反射和吸收很難獲得需要的屏蔽效果。對這種低頻磁場(chǎng),要通過(guò)使用高導磁率材料為磁場(chǎng)提供一條磁阻很低的旁路來(lái)實(shí)現屏蔽,這樣空間的磁場(chǎng)便會(huì )集中在屏蔽材料中,從而使磁敏器件免受磁場(chǎng)干擾。

高導磁率材料在機械的沖擊下會(huì )極大地損失磁性,導致屏蔽效能下降。因此,屏蔽體在經(jīng)過(guò)機械加工（如折彎、焊接、敲擊、鉆孔等）后,必須經(jīng)過(guò)熱處理以恢復磁性。熱處理要在特定條件下進(jìn)行,一般要在干燥氫氣爐中以一定的速率加熱到1177℃,保持4個(gè)小時(shí),然后以一定的速率降低到室溫。

在對拼連接處進(jìn)行焊接時(shí),要使用屏蔽材料母料做焊接填充料,這樣可以保證焊縫處的高導磁。如果屏蔽效能要求較低,也可以采用鉚接或點(diǎn)焊的方式固定,但要注意拼接處的屏蔽材料要有一定的重疊,以保證磁路上較小的磁阻。

當需要屏蔽的磁場(chǎng)很強時(shí),僅用單層屏蔽材料,達不到屏蔽要求。這時(shí),一種方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用組合屏蔽,將一個(gè)屏蔽體放在另一個(gè)屏蔽體內,它們之間留有氣隙。氣隙內可以填充任何非導磁材料（如鋁）做支撐。組合屏蔽的屏蔽效果比單個(gè)屏蔽體高得多,因此組合屏蔽能夠將磁場(chǎng)衰減到很低的程度。

7.2 電路設計

由于時(shí)鐘頻率越高,高頻能量的發(fā)射越強,因此在數字電路中不要使用過(guò)高的時(shí)鐘頻率。印制板上的總線(xiàn)、較大的環(huán)路面積和較長(cháng)的導線(xiàn)都是強輻射源,因此,除非必要,要盡量避免這些情況的出現。使用大規模集成電路能夠大幅度減少印制板上的走線(xiàn),從而減小輻射。在選用集成電路時(shí),也有些問(wèn)題需要注意。例如,高速肖特基電路由于脈沖上升時(shí)間很短,因此會(huì )在很高的頻率范圍內產(chǎn)生發(fā)射。在功能允許的條件下,盡量使用標準型電路。電路設計時(shí)要最大限度地保持數字線(xiàn)和信號線(xiàn)分離。信號通道必須遠離輸入輸出線(xiàn)以防止數字線(xiàn)上開(kāi)關(guān)噪音輻射到信號線(xiàn)上。

7.3 印制板的設計

在印制板上合適的放置元器件與合理的安排印制板走線(xiàn)是很關(guān)鍵的。有些元器件,特別是磁性元件（如濾波器）在一個(gè)方向比其它方向可能有更大的磁場(chǎng)。元器件相互之間成90°放置,磁場(chǎng)相互抵消并減小噪音輻射。開(kāi)關(guān)器件遠離磁性元件也能減小噪音輻射。印制板上的走線(xiàn)也是主要的輻射源。走線(xiàn)產(chǎn)生輻射主要是由于邏輯電路中電流的突變,在走線(xiàn)的電感上產(chǎn)生感應電壓,這個(gè)電壓會(huì )產(chǎn)生較強的噪音輻射。另外,由于走線(xiàn)起著(zhù)發(fā)射天線(xiàn)的作用,因此走線(xiàn)的長(cháng)度越長(cháng),輻射的噪音越多。短的走線(xiàn)比長(cháng)的走線(xiàn)輻射少。粗的走線(xiàn)比細的走線(xiàn)噪音輻射少。所以使走線(xiàn)盡可能地短,從而把走線(xiàn)的自感減到最小是很必要的。

7.4 采用有中心線(xiàn)的共模扼流圈

減少和改善噪音的另一種方法,特別是對高頻段,是在傳輸頻道上用有中心線(xiàn)的共模扼流圈,如圖17所示。

共模扼流圈的耦合電容對中心線(xiàn)的每一邊是對稱(chēng)的。變壓器的次級具有分路,這分路有助于變壓器的次級繞組的分布電容更好地控制傳輸頻道上的返回損耗。它還可以在高頻段提供一阻尼的下凹,其頻率范圍出現在(700～900)MHz之間,這個(gè)范圍也可以進(jìn)行控制,典型的響應曲線(xiàn)見(jiàn)圖18。