传导式EMI的测量技术(一)差模和共模

「传导式（conducted）EMI」是指部分的电磁（射频）能量透过外部缆线（cable）、电源线、I/O互连介面，形成「传导波（propagation wave）」被传送出去。本文将说明射频能量经由电源线传送时，所产生的「传导式杂讯」对PCB的影响，以及如何测量「传导式EMI」和FCC、CISPR的EMI限制规定。

差模和共模杂讯

「传导式EMI」可以分成两类：差模（Differential mode；DM）和共模（Common mode；CM）。差模也称作「对称模式（symmetric mode）」或「正常模式（normal mode）」；而共模也称作「不对称模式（asymmetric mode）」或「接地泄漏模式（ground leakage mode）」。

图一：差模和共模杂讯

由EMI产生的杂讯也分成两类：差模杂讯和共模杂讯。简言之，差模杂讯是当两条电源供应线路的电流方向互为相反时发生的，如图1(a)所示。而共模杂讯是当所有的电源供应线路的电流方向相同时发生的，如图1(b)所示。一般而言，差模讯号通常是我们所要的，因为它能承载有用的资料或讯号；而共模讯号（杂讯）是我们不要的副作用或是差模电路的「副产品」，它正是EMC的最大难题。从图一中，可以清楚发现，共模杂讯的发生大多数是因为「杂散电容（stray capacitor）」的不当接地所造成的。这也是为何共模也称作「接地泄漏模式」的原因。

图二：差模和共模杂讯电路

在图二中，L是「有作用（Live）」或「相位（Phase）」的意思，N是「中性（Neutral）」的意思，E是「安全接地或接地线（Earth wire）」的意思；EUT是「测试中的设备（Equipment Under Test）」之意思。在E下方，有一个接地符号，它是采用「国际电工委员会（International Electrotechnical Commission；IEC）」所定义的「有保护的接地（Protective Earth）」之符号（在接地线的四周有一个圆形），而且有时会以「PE」来注明。DM杂讯源是透过L和N对偶线，来推挽（push and pull）电流Idm。因为有DM杂讯源的存在，所以没有电流通过接地线路。杂讯的电流方向是根据交流电的周期而变化的。
电源供应电路所提供的基本的交流工作电流，在本质上也是差模的。因为它流进L或N线路，并透过L或N线路离开。不过，在图二中的差模电流并没有包含这个电流。这是因为工作电流虽然是差模的，但它不是杂讯。另一方面，对一个电流源（讯号源）而言，若它的基本频率是电源频率（line frequency）的两倍----100或120Hz，它实质上仍是属于「直流的」，而且不是杂讯；即使它的谐波频率，超过了标准的传导式EMI之限制范围（150 kHz to 30 MHz）。然而，必须注意的是，工作电流仍然保留有直流偏压的能量，此偏压是提供给滤波抗流线圈（filter choke）使用，因此这会严重影响EMI滤波器的效能。这时，当使用外部的电流探针来量测数据时，很可能因此造成测量误差。