共模干扰

共模干扰 (Common Mode)

外文名	Common Mode Interference / Noise
电流方向	同向流动，通过地回路返回
核心危害	强辐射发射、系统死机、数据错误
抑制手段	共模电感、屏蔽、接地、磁珠
关联术语	差模干扰、共模抑制比 (CMRR)

共模干扰（Common Mode Interference）是指在两根信号线（或电源线）上同时出现，且相位和振幅相同的干扰信号。与差模干扰不同，共模干扰并不在导线之间形成回路，而是通过导线与“地”（地面、机壳或参考平面）之间的寄生电容形成回路。

物理图谱与路径

在共模干扰模型中，电流 $I_{cm}$ 从源端出发，同时沿着两根（或多根）导线流向负载，最后通过导线与参考地之间的耦合路径返回源端。

• 产生根源： 主要是由于电路中的电压突变（$dv/dt$）或电流突变（$di/dt$）通过寄生电容或互感耦合到了参考地。
• 辐射效率： 共模电流虽然通常很小（mA级别），但由于其流经的电缆形成了一个巨大的“单极天线”结构，其辐射效率远高于差模电流。

常见来源

1. 开关电源 (SMPS)： 功率开关管（如 MOSFET）的漏极与散热片（通常接机壳地）之间的寄生电容，在高速开关时产生巨大的共模电流。
2. 电缆非对称： 信号线长度不一致或屏蔽层接地不良，导致原本的差模信号转化为共模信号。
3. 地电位差： 两个设备之间由于接地阻抗不同，存在电位差，导致电缆中产生共模电流。
4. 感应耦合： 外部空间电磁场（如雷击、射频发射机）同时作用在所有导线上。

抑制策略

1. 增加共模阻抗

• 共模电感 (CM Choke)： 对共模信号呈现高阻抗，而对工作所需的差模信号几乎无影响。这是电源输入端和数据线（如 USB、以太网）最常用的方案。
• 铁氧体磁珠： 直接套在电缆上，增加高频损耗。

2. 旁路与滤波

• Y电容： 在导线与地之间跨接电容，将共模噪声通过低阻抗路径引导回源端，避免流向外部电缆。

3. 屏蔽与接地

• 使用屏蔽线并确保屏蔽层 360度完整端接（摒弃“猪尾巴”接地），将干扰封闭在屏蔽层内部。
• 优化 PCB 布局，减小关键信号线与参考平面之间的环路面积。

测量与区分

在 LISN 测得的传导数据中，可以通过以下方式识别：

• 共模分量： $V_{cm}=(V_L+V_N)/2$
• 差模分量： $V_{dm}=(V_L-V_N)/2$

使用专业的“共模/差模分离网络”可以精确判断干扰类型，从而决定是增加 Y 电容（针对共模）还是 X 电容（针对差模）。

参见

• 电磁学
• 差模干扰
• LISN
• 电波暗室
• 铁氧体瓦