共模電感抑制EMI分析

一、初識共模電感

　　共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開(kāi)關(guān)電源中過(guò)濾共模的電磁干擾信號。在板卡設計中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號線(xiàn)產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。

　　圖1：各種CMC

　　小知識：EMI(Electro Magnetic Interference，電磁干擾)

　　計算機內部的主板上混合了各種高頻電路、數字電路和模擬電路，它們工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾，這就是EMI。EMI還會(huì )通過(guò)主板布線(xiàn)或外接線(xiàn)纜向外發(fā)射，造成電磁輻射污染，不但影響其他的電子設備正常工作，還對人體有害。

　　PC板卡上的芯片在工作過(guò)程中既是一個(gè)電磁干擾對象，也是一個(gè)電磁干擾源?？偟膩?lái)說(shuō)，我們可以把這些電磁干擾分成兩類(lèi)：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(xiàn)(連接主板各元件的導線(xiàn))為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線(xiàn)之間的干擾;而共模干擾則是兩條走線(xiàn)和PCB地線(xiàn)之間的電位差引起的干擾。串模干擾電流作用于兩條信號線(xiàn)間，其傳導方向與波形和信號電流一致;共模干擾電流作用在信號線(xiàn)路和地線(xiàn)之間，干擾電流在兩條信號線(xiàn)上各流過(guò)二分之一且同向，并以地線(xiàn)為公共回路，如圖1-1所示。

　　圖1-1： 串模干擾和共模干擾

　　如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過(guò)衰減過(guò)濾(尤其是像USB和IEEE 1394接口這種高速接口走線(xiàn)上的共模電流)，那么共模干擾電流就很容易通過(guò)接口數據線(xiàn)產(chǎn)生電磁輻射——在線(xiàn)纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美國FCC、國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )的CISPR22以及我國的GB9254等標準規范等都對信息技術(shù)設備通信端口的共模傳導干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要求。為了消除信號線(xiàn)上輸入的干擾信號及感應的各種干擾，我們必須合理安排濾波電路來(lái)過(guò)濾共模和串模的干擾，共模電感就是濾波電路中的一個(gè)組成部分。

　　共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向濾波器：一方面要濾除信號線(xiàn)上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設備的正常工作。

　　圖2

　　圖2是我們常見(jiàn)的共模電感的內部電路示意圖，在實(shí)際電路設計中，還可以采用多級共模電路來(lái)更好地濾除電磁干擾。此外，在主板上我們也能看到一種貼片式的共模電感(圖3)，其結構和功能與直立式共模電感幾乎是一樣的。