EMIEMC设计讲座(二)传导式EMI的测量技术返回路径

1、传导式EMI的测量技术(二返回路径传导式EMI的测量技术(一差模和共模2007年06月17日 星期日 09:33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

2、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 capacit

3、or）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

4、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，

5、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。2007年06月17日 星期日 09:34返回路径对杂讯电流而言，真正的返回路径（return path）是什么呢？实体的电气路径之间的距离，最好是越大越好。因为如果没有EMI滤波器存在的话，部分的杂讯电流将会透过散布于各地的各种寄生性电容返回。其余部分将透过无线的方式返回，这就是辐射；由此产生的电磁场会影响相邻的导体，在这些导体内产生极小的电流。最后，这些极小的返回电流在电源供应输入端的总和会一直维持

6、零值，因此不会违反Kirchhoff定律在一封闭电路中，过一节点的电流量之代数和为零。利用简单的数学公式，就可以将于L和N线路上所测得的电流，区分为CM电流和DM电流。但是为了避免发生代数计算的错误，必须先对电流的正方向做一定义。可以假设若电流由右至左流动，就是正方向，反之则为负方向。此外，必须记住的是：一个电流I若在任一线路中往一个方向流动时，这是等同于I往另一个方向流动的（Kirchhoff定律）。例如：假设在一条线路（L或N）上，测得一个由右至左流动的电流2A。并在另一条线路上，测得一个由左至右流动的电流5A。CM电流和DM电流是多少呢？就CM电路而言，假设它的E连接到一个大型的金属接地

7、平面，因此无法测量出流过E的电流值（如果可以测得，那将是简单的Icm）。这和一般离线的（off-line）电源供应器具有3条（有接地线）或2条（没有接地线）电线不同，不过，在后续的例子中，我们将会发现对那些接地不明的设备而言，其实它们具有一些泄漏（返回）路径。以图一为例，假设第一次测量的线路是L（若选择N为首次测量的线路，底下所计算出来的结果也是一样的）。由此可以导出：IL = Icm/2 + Idm= 2AIN = Icm/2 - Idm= -5A求解上面的联立方程式，可以得出：Icm = -3AIdm = 3.5A这表示有一个3A的电流，流过E（这是共模的定义）。而且，有一个3.5A的电流在L和N线路中来回流动。再举一个例子：假设测得一个2A的电流在一条线路