共模抑制比详细解释
定义 为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的 能力,常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量,其定义为放大器对差模信号的 电压放大倍数Aud与对共模信号的 电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比,英文全称是Common Mode Rejection Ratio,因此一般用简写CMRR来表示,符号为Kcmr,单位是分贝db。 差模信号电压放大倍数Aud越大,共模信号电压放大倍数Auc越小,则CMRR越大。此时差分放大电路抑制共模信号的 能力越强,放大器的 性能越优良。当差动放大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Auc=0,则共模抑制比CMRR→∞,这是理想情况,实际上电路完全对称是不存在的 ,共模抑制比也不可能趋于无穷大。 差分放大器影响共模抑制比的 因素 ◇ 电路对称性——电路的 对称性决定了被放大后的 信号残存共模干扰的 幅度,电路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号(干扰)的 能力也就越差。 ◇ 电路本身的 线性工作范围——实际的 电路其线性范围不是无限大的 ,当差模信号超出了电路线性范围时,即使正常信号也不能被正常放大,更谈不上共模抑制能力。实际电路的 线性工作范围都小于其工作电压,这也就是为什么对共模抑制要求较高的 设备前端电路也采用较高工作电压的 原因。 为了说明差动放大电路抑制共模信号的 能力,常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量,其定义为放大器对差模信号的 电压放大倍数Aud 与对共模信号的 电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比,用KCMR表示。 |
首页 > 教程 > 电滤波,防雷 > 正文
共模和差模信号的 定义及产生机理、电缆、绞线、变压器和扼流圈电磁干扰产生及其的 抑制
1 引言
了解共模和差模信号之间的 差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的 关系是至关重要的 。变压器、
共模扼流圈和自耦变压器的 端接法,对在局域网(LAN)和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的 通信系统中,是引起射频干扰的 主要因素,所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心的 磁性界面的 电磁兼容论点。本文的 主要目的 是阐述差模和共模信号的 关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途,以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射。在介绍这些信号特点的 同时,还介绍了抑制一般噪音常用的 方法。
2 差模和共模信号
我们研究简单的 两线电缆,在它的 终端接有负载阻抗。每一线对地的 电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF,共模信号分量是VCOM,电缆和地之间存在的 寄生电容是Cp。其电路如图1所示,其波形如图2所示。
2.1 差模信号
纯差模信号是:V1=-V2 (1)
大小相等,相位差是180°
VDIFF=V1-V2 (2)
因为V1和V2对地是对称的 ,所以地线上没有电流流过。所有的 差模电流(IDIFF)全流过负载。在以电缆传输信号时,差模信号是作为携带信息“想要”的 信号。局域网(LAN)和通信中应用的 无线收发机的 结构中安装的 都是差模器件。两个电压(V1+V2)瞬时值之和总是等于零。
2.2 共模信号
纯共模信号是:
V1=V2=VCOM (3)
大小相等,相位差为0°
V3=0 (4)
共模信号的 电路如图3所示,
其波形如图4所示。
因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载。所有的 共模电流都通过电缆和地之间的 寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时,因为共模信号不携带信息,所以它是“不想要”的 信号。
两个电压瞬时值之和(V1+V2)不等于零。相对于地而言,每一电缆上都有变化的 电位差。这变化的 电位差就会从电缆上发射电磁波。
3 差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中的 EMC
在对绞电缆线中的 每一根导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的 电流所产生的 磁场受螺旋形的 制约。流过对绞线中每一根导线的 电流方向,决定每对导线发射噪音的 程度。在每对导线上流过差模和共模电流所引起的 发射程度是不同的 ,差模电流引起的 噪音发射是较小的 ,所以噪音主要是由共模电流决定。
3.1 对绞线中的 差模信号
对纯差模信号而言,它在每一根导线上的 电流是以相反方向在一对导线上传送。如果这一对导线是均匀的 缠绕,这些相反的 电流就会产生大小相等,反向极化的 磁场,使它的 输出互相抵消。在无屏蔽对绞线系统中的 差模信号如图5所示。
在无屏蔽对绞线中,不含噪音的 差模信号不产生射频干扰。
3.2 对绞线中的 共模信号
共模电流ICOM在两根导线上以相同方向流动,并经过寄生电容Cp到地返回。在这种情况下,电流产生大小相等极性相同的 磁场,它们的 输出不能相互抵消。如图6所示,共模电流在对绞线的 表面产生一个电磁场,它的 作用正如天线一样。
在无屏蔽对绞线中,共模信号产生射频干扰。
3.3 电缆线上产生的 共模、差模噪音及其EMC
电子设备中电缆线上的 噪音有从电源电缆和信号电缆上产生的 辐射噪音和传导噪音两大类。这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种[1]。
差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生的 与信号电流或电源电流相同路径的 噪音电流,如图7所示。减小这种噪音的 方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器,来减小高频的 噪音,如图8所示。
差模辐射噪音是图7电缆中的 信号电流环路所产生的 辐射。这种噪音产生的 电场强度与电缆到观测点的 距离成反比,与频率的 平方成正比,与电流和电流环路的 面积成正比。因此,减小这种辐射的 方法是在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流进电缆;使用屏蔽电缆或扁平电缆,在相邻的 导线中传输回流电流和信号电流,使环路面积减小。
共模传导噪音是在设备内噪音电压的 驱动下,经过大地与设备之间的 寄生电容,在大地与电缆之间流动的 噪音电流产生的 ,如图9所示。减小共模传导噪音的 方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波,滤去共模传导噪声。其电路如图10所示。共模扼流圈是将电源线的 零线和火线(或回流线和信号线)同方向绕在铁氧体磁芯上构成的 ,它对线间流动的 差模信号电流和电源电流阻抗很小,而对两根导线与地之间流过的 共模电流阻抗则很大。
共模辐射噪音是由于电缆端口上有共模电压,在其驱动下,从大地到电缆之间有共模电流流动而产生的 。辐射的 电场强度与电缆到观测点的 距离成反比,(当电缆长度比电流的 波长短时)与频率和电缆的 长度成正比。减小这种辐射的 方法有:通过在线路板上使用地线面来降低地线阻抗,在电缆的 端口处使用LC低通滤波器或共模扼流圈。另外,尽量缩短电缆的 长度和使用屏蔽电缆也能减小辐射。
在有些电路中也可接入图11所示的 抗干扰变压器来防止差模和共模噪音。
4 变压器与噪音传导
理想变压器理论上是完美的 电路元件,它能用完美的 磁耦合在初级和次级绕组之间传送电能。理想变压器只能传送交变的 差模电流。它不能传送共模电流,因为共模电流在变压器绕组两端的 电位差为零,不能在变压器绕组上产生磁场。
实际变压器初级和次级绕组之间有一个很小但不等于零的 耦合电容CWW,见图12。这个电容是绕组之间存在非电介质和物理间隙所产生的 。增加绕组之间的 空隙和用低介电常数的 材料填满绕组之间的 空间就能减小绕组之间电容的 数值。
电容Cww为共模电流提供一条穿过变压器的 通道,其阻抗是由电容量的 大小和信号频率来决定的 。
5 共模扼流圈
对于理想的 单磁芯、双绕组的 共模扼流圈,将不考虑在实际扼流圈中或多或少存在的 杂散阻抗(Cww,DCR,Cp等)的 影响。这样的 假设是合理的 ,因为一个好的 扼流圈设计,它的 杂散阻抗和电路的 源阻抗、负载阻抗相比是可以忽略的 。
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/2af706fc492fb4daa58da0116c175f0e7dd119dc.html
文档为doc格式