干貨 | 什么是差模（常模）噪聲與共模噪聲？

2021年5月31日 11:09
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傳導噪聲可分為兩種。一種是“差模噪聲”，也稱為“常模噪聲”。這兩種稱呼有時可根據條件區分使用，不過在本文中作為相同的名詞處理。另一種是“共模噪聲”。來看下圖。本文是圍繞電源展開介紹的，因此圖例是將帶有電路的印刷電路板（PCB）裝在殼體中，并由外部給電的示例圖。

干貨 | 什么是差模（常模）噪聲與共模噪聲？的圖1
差模噪聲產生在電源線之間，是噪聲源對于電源線串聯進入，噪聲電流與電源電流方向相同。由于往返方向相反而被稱為“差模（Differential mode）”。

共模噪聲是經雜散電容等泄漏的噪聲電流經由大地返回電源線線的噪聲。因電源的（＋）端和（－）端流過的噪聲電流方向相同而被稱為“共模（Common mode）”。在電源線間不產生噪聲電壓。

如前所述，這些噪聲即為傳導噪聲。不過，由于電源線中流動著噪聲電流，因此會發出噪聲。

由差模噪聲引起的輻射的電場強度Ed可通過左下方的公式來表示。Id為差模中的噪聲電流，r為到觀測點的距離，f為噪聲頻率。差模噪聲會產生噪聲電流環，因此環路面積S是非常重要的因素。如圖和公式所示，假設其他因素固定，環路面積越大則電場強度越高。

由共模噪聲引起的輻射的電場強度Ec可通過右下方的公式來表示。如圖和公式所示，線纜長度L是非常重要的因素。
干貨 | 什么是差模（常模）噪聲與共模噪聲？的圖2
為了更好地認識每種噪聲引發的輻射特點，接下來代入實際數值來計算一下電場強度＊1。條件完全相同。電場強度的觀測點用藍色圓點來表示。*1：公式來源－EMC工學詳解 實用降噪技法 作者Henry W.Ott－東京電機大學出版社
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這個計算結果中非常重要的一點是：噪聲電流值相同的情況下，共模噪聲輻射要大得多（在本例中約大100倍）。不管怎樣，這些傳導噪聲和輻射噪聲即EMI如果超出了容許范圍，就需要采取降噪對策。特別需要記住的是，在考慮輻射噪聲對策時，針對共模噪聲的對策是非常重要的。

關于具體對策，后續會逐步介紹，其中最原則性的噪聲對策是差模噪聲要減少環路面積S（比如線纜采用絞合線），共模噪聲要極力縮短線纜長度。不過一定會遇到受配置和材料等限制的情況，此時需要探討增加濾波器的方法。

希望通過本文使您能夠對噪聲的種類和性質有初步了解。
干貨 | 什么是差模（常模）噪聲與共模噪聲？的圖4 干貨 | 什么是差模（常模）噪聲與共模噪聲？的圖5

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