電纜中的EMI共模電流是如何產生的

電纜的輻射問題是工程中最常見的問題之一，90％以上的設備不能通過輻射發射測試都是由於電纜輻射造成的。在實際中經常發現，當將設備上的外拖電纜取下來時，設備就可以順利通過試驗，在現場中遇到電磁干擾現象時，只要將電纜拔下來，故障現象就會消失。這是因為電纜是一根高效的接收和輻射天線。電纜產生輻射的機理有兩種，一種是電纜中的信號電流（差模電流）迴路產生的差模輻射；另一種是電纜中的導線（包括屏蔽層）上的共模電流產生的共模輻射。電纜的輻射主要來自共模輻射。共模輻射是由共模電流產生的，共模電流的環路面積是由電纜與大地（或鄰近其他大型導體）形成的，因此具有較大的環路面積，會產生較強的輻射，其形成原理已在第2章中進行了詳細描述。對於各種輻射驅動模式，即電纜上的共模電流產生的原因有：（1）信號迴流路徑阻抗較高，使信號迴流的電流經過迴流路徑阻抗時，產生壓降，該壓降成為共模電壓，而且正好在電纜與大地（或鄰近的其他大型導體）之間，導致共模電流。

　　（2）差模電流泄漏導致共模電流。即使電纜中包含了信號回線，也不能保證信號電流100％地從回線返回信號源，特別是在頻率較高的場合，空間各種雜散參數為信號電流提供了第三條甚至更多的返迴路徑。

　　（3）電纜與大地之間形成的寄生迴路，通過磁耦合的方式感應到電流，成為共模電流。

　　上述三種共模電流雖然所佔的電流比例很小，但是由於輻射環路面積大，輻射是不能忽視的。因此不要試圖通過將電路與大地「斷開」（將線路板與機箱之間的地線斷開，或將機箱與大地之間的地線斷開）來減小共模電流，從而減小共模輻射。將電路與大地斷開僅能夠在低頻減小共模電流，高頻時寄生電容形成的通路已經阻抗很小。共模電流主要由寄生電容、寄生電感產生。當然，如果共模輻射的問題主要發生在低頻，將線路板或機箱與大地斷開會有一定效果。從EMI共模電流產生的機理（第2章描述）可知，減小這種共模電流的一種有效方式是，將信號線與回線靠得越近，則差模信號電流與迴流產生的各種寄生效果相互抵消。按照這種方法來避免電纜輻射的一個典型的例子就是使用同軸電纜，由於同軸電纜的迴流電流均勻分布在外皮上，其等效電流與軸心重合，因此，迴路面積為零，幾乎too％的信號電流從同軸電纜的外皮返回信號源，共模電流幾乎為零，所以共模輻射很小。另一方面，由於差模電流迴路的面積幾乎為零，差模輻射也很小，所以同軸電纜的輻射是很小的。對於高頻信號，用同軸電纜傳送可以避免輻射。這也與傳統上用同軸電纜傳輸高頻信號，以減小信號的損耗的目的具有相同的本質。因為信號的損耗小了，自然說明泄漏的成分少了，而這部分泄漏就是電纜的輻射。減小這種共模電流的另一種有效方法是減小差模迴路的阻抗，從而促使大部分信號電流從地線返回時，產生的壓降幾乎為零，即線路板的地線雜訊為零，自然共模電流也為零。這裡的線路板的地線就是信號的迴流線，因此，地線上的兩點之間必然存在電壓，對於高頻電路而言，這些就是高頻雜訊電壓，它作為共模電壓驅動電纜上的共模電流，導致共模輻射。第5章中關於地平面阻抗的討論時提供的各種減小地線阻抗的設計方法，可以用來減小地線上的雜訊，從而減小共模電壓。如果在實際產品設計中，地平面阻抗控制失敗（實際上地平面阻抗控制也是一件非常難的事情，隨著電路板密集程度的提高，控制難度還隨之增加），那麼有一種補償的方式就是在產品的I／O埠將「0V」通過零阻抗（意味著連接部分的長寬比等於1°或360°搭接）接地，並將I／O信號通過Y電容接地，當然接地點必須是「乾淨地」。所謂乾淨地就是這塊地線上沒有可以產生雜訊的電路，因此「乾淨地」上的局部電位幾乎相等。如果產品外殼是金屬的，則「乾淨地」就為金屬外殼。

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