传导式EMI的测量技术解析

　　传导发射（conducted Emission）是指部分的电磁（射频）能量透过外部缆线（cable）、电源线形成传导波发射出去。本文介绍经由电源线的传导发射。 差模和共模噪声 「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）」。

　　由EMI产生的噪声也分成两类：差模噪声和共模噪声。简而言之，差模噪声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。而共模噪声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数据或讯号；而共模讯号（噪声）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，共模噪声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。

　　在图二中，DM噪声源是透过L和N对偶线，来推挽（push and pull）电流Idm。因为有DM噪声源的存在，所以没有电流通过接地线路。噪声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，但它不是噪声。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，而且不是噪声；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。

　　CM噪声源有接地，而且L和N线路具有相同的阻抗Z。因此，它驱动相同大小的电路通过L和N线路。不过，这是假设两者的阻抗大小相等。可以清楚地观察出，假使双方的阻抗不均衡（unbalanced），‘不对称’的共模电流将分布在L和N线路上。这似乎是用词不当或与原定义不符，因为CM本来又称作 ‘不对称模式’。为了避免混淆，此时的模式应该称作‘非对称（nonsymmetric）模式’，好和‘不对称模式’做区分。在大多数的电源供应电路中，在这个模式下所发出的EMI是最多的。

　　利用不等值的负载或线路阻抗，就能够有效地将CM电流转换成一部分是CM电流，另一部分是DM电流。例如：一个DC-DC转换器（converter）供应电源给一个次系统，此次系统具有不等值（不均衡）的阻抗。而且在DC-DC转换器的输出端存在着尚未被察觉的共模噪声，它变成一个非常真实的（差动）输入电压涟波，并施加给次系统。没有次系统内建的「共模拒斥率（common mode rejecTIon raTIo；CMRR）」可以参考，因为此噪声不完全是共模的。到最后，此次系统可能会发生错误。所以，在产生共模电流时，就要马上降低它的大小，这是非常重要的，是首要工作。使阻抗均衡则是次要工作。此外，由于共模和差模的特性，共模电流的频率会比差模的频率大。因此，共模电流会产生很大的射频辐射。而且，会和邻近的组件和电路发生电感性与电容性的耦合。通常，一个5uA的共模电流在一个1m长的导线中，所产生的射频辐射量会超过FCC所规范的B类限定值。FCC的A类规范限制共模电流最多只能有15uA。此外，最短的交流电源线，依照标准规定是1m，所以电源线的长度不能比1m短。

　　在一个真实的电源供应电路里，差模噪声噪声源很像是一个电压源。而共模噪声源的行为却比较像是一个电流源，这使得共模噪声更难被消除。它和所有的电流源一样，需要有一个流动路径存在。因为它的路径包含外壳（chassis），所以外壳可能会变成一个大型的高频天线。 返回路径 对噪声电流而言，真正的返回路径是什么呢？ 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，部分的噪声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。