高速设计基本概念解答（EMS及EMC/共模干扰和差模干扰）

问： 什么是EMI？与EMS及EMC有何区别？

答： 在电气干扰领域有许多英文缩写。这里所提EMI（Electro Magnetic Interference）直译是电磁干扰。这是合成词，我们应该分别考虑“电磁”和“干扰”。

所谓“干扰”，指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音，摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花，拿起电话后听到无线电声音等，这些可以简称其为与“BC I”“TV I”“Tel I”，这些缩写中都有相同的“I”（干扰）（BC：广播）

那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义，即干扰源，也包括受到干扰之前的电磁能量。

其次是“电磁”。电荷如果静止，称为静电。当不同的电位向一致移动时，便发生了静电放电，产生电流，电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。

电以各种状态存在，我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态，决定如何检测，如何评价。

与EMS和EMC的区别在哪里？

EMS（Electro Magnetic Susceptibility）直译是“电磁敏感度”。其意是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。为通俗易懂，我们将电子设备比喻为人，将电磁能量比做感冒病毒，敏感度就是是否易患感冒。如果不易患感冒，说明免疫力强，也就是英语单词Immunity，即抗电磁干扰性强。

EMC（Electro Magnetic Compatibility）直译是“电磁兼容性”。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。

EMC这个术语有其非常广的含义。如同盲人摸象，你摸到的与实际还有很大区别。特别是与设计意图相反的电磁现象，都应看成是EMC问题。

电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。

问：最近出现很多带有干扰这个名词的东西，请问什么是干扰？

答：最近“干扰”的概念使用越来越广泛，与必须存在的东西相对应，一切不希望有的东西都可称做“干扰”。

具体到“电磁干扰”，可以按照下面所列七类进行划分：

按照发生源划分

按照传播路径划分

按照辐射干扰的产生原因划分

按照不同设备的工作原理划分

按照发生的频率划分

按照频率范围划分

不同的交流电源

而且可以在每一类中进一步分类。根据发生源可将干扰细分如图1～图4。

图1 电磁干扰源类别

图2自然干扰源类别

图3人为干扰源类别

图4 内部干扰源类别

从受干扰方面来看，外来噪声是外界干扰，内部噪声是机内噪声。

除此之外，噪声按传递途径分类如图5所示。

图5 按照干扰传输路径分类

干扰传播的途径如图6所示。有通过电源线、信号线、地线、大地等途径传播的“传导干扰”，也有通过空间直接传播的“空间干扰”。

这些噪声并不独立存在，在传播过程中又会出现新的复杂噪声。

图6 干扰传播路径

造成数字电路工作不正常的干扰可分为：①电源干扰，②反射，③振铃（LC共振）：上冲、下冲，④状态翻转干扰，⑤串扰干扰（相互干扰、串音），⑥直流电压跌落。

造成开关电源质量下降的干扰分为：①出现在输出入端子上的干扰（电流交流声，尖峰脉冲噪声，回流噪声）；②影响内部工作的干扰（开关干扰，振荡，再生噪声）。

按发生的频率分为：突发干扰，脉冲干扰，周期性干扰，瞬时干扰，随机干扰，跳动干扰。

造成交流电源质量下降的干扰分为：高次谐波干扰，保护继电器，开关的震颤干扰，雷电涌，尖峰脉冲干扰，喷射环电弧，瞬时浪涌。

将来可能会将下面这些项目归入到交流干扰内：瞬时停电，瞬时下降，频率变化，电压变化，高次谐波失真。

另外还干扰按频率分为：低频干扰，高频干扰。

如上所述，干扰可以分成很多类别，这些干扰既产生于电气电子设备，又干扰电气电子设备，造成设备的故障和停用，带来经济和人员伤害。为了使各种设备能够互不干扰，正常工作，应运而生了EMC技术。

简而言之，EMC是“不发干扰，不受干扰”。现在国内外都在研究开发EMC技术，并应用于电气电子设备的制造中。

问： 什么是共模干扰和差模干扰？为什么有二种？

答： 从干扰源发出的干扰泄漏到外部的途径、或者是干扰侵入到受干扰的设备中的途径，有电压、电流通过电源线或信号线的传导传输和靠电磁波在空间辐射传输二种途径。

电压电流的变化通过导线传输时有二种形态，我们将此称做“共模”和“差模”。设备的电源线、电话等的通信线、与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路，至少有两根导线，这两根导线作为往返线路输送电力或信号。但在这两根导线之外通常还有第三导体，这就是“地线”。干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别做为往返线路传输；另一种是两根导线做去路，地线做返回路传输。前者叫“差模”，后者叫“共模”。

如图1所示，电源、信号源及其负载通过两根导线连接。流过一边导线的电流与另一边导线的电流幅度相同，方向相反。但是干扰源并不一定连接在两根导线之间。由于噪声源有各种形态，所以也有在两根导线与地线之间的电压。其结果是流过两根导线的干扰电流幅度不同。

图1 差模干扰

请看图2，在加在两线之间的干扰电压的驱动下，两根导线上有幅度相同但方向相反的电流（差模电流）。但如果同时在两根导线与地线之间加上干扰电压，两根线就会流过幅度和方向都相同的电流，这些电流（共模）合在一起经地线流向相反方向。我们来考察流过两根导线的电流。一根导线上的差模干扰电流与共模干扰同向，因此相加；另一根导线上的差模噪声与共模噪声反向，因此相减。因此，流经两根导线的电流具有不同的幅度。

我们再来考虑一下对地线的电压。如图2，对于差模电压，一根导线上是（线间电压）/2，而另一根导线上是 -（线间电压）/2，因而是平衡的。但共模电压两根导线上相同。所以当两种模式同时存在时，两根导线对地线的电压也不同。

图2 对地电压/电流与差模、共模电压/电流之间的关系

因此，当两根导线对地线电压或电流不同时，可通过下列方法求出两种模式的成分：

ＶN =（Ｖ1-Ｖ2）/ 2 Ｖc=（Ｖ1+Ｖ2）/ 2

ＩN =（Ｉ1-Ｉ2）/ 2 Ｉc=（Ｉ1+Ｉ2）/ 2

通过被连接的电路，两根导线终端与地线之间存在着阻抗。这两条线的阻抗一旦不平衡，在终端就会出现模式的相互转换。即通过导线传递的一种模式在终端反射时，其中一部分会变换成另一种模式。

另外，通常两根导线之间的间隔较小，导线与地线导体之间距离较大。所以若考虑从导线辐射的干扰，与差模电流产生的辐射相比，共模电流辐射的强度更大。

与此相反，可以说因外部电磁场干扰在导线上产生的干扰电压/电流，或附近的导线等产生的静电感应、电磁感应等的耦合是一样的。