产品发射中的差模电流与共模电流

产品的EMI发射控制包括传导发射和辐射发射两种，前者主要是指沿着电源线的干扰发射，后者是指电磁波的辐射发射。解决辐射发射的主要方法是使用屏蔽机箱、屏蔽电缆、电缆滤波，尽量降低线路PCB板的电磁辐射也是设计中不可缺少的部分。差模电流产生差模辐射，共模电流产生共模发射，其设计都有对应的预测发射能量的计算公式。

因此，对于EMI发射问题的就需要分析电路中的差模电流与共模电流；差模电流与共模电流的详细分析可参考《物联产品电磁兼容分析与设计》和《开关电源电磁兼容分析与设计》的相关章节。

对于电子设计工程师来说：什么电流通常称为差模电流（DM）或差分电流。按通俗的说法，他们就是从电源到负载然后再从负载回到电源的信号电流或电源电流。DM电流沿着环路流动，从电源到负载的输出电流以及从负载回到电源的返回电流。这两条路径靠得越近，产生的自感应磁场就越小，这将会减小与其他导线、PCB走线及电路的耦合。

当电源、PCB信号走线或导线与其返回路径相远离时，就会产生一个较大的环路。如下图所示，这种情况下就会容易出现问题。环路越大，产生的辐射磁场就越大，反之，这也更容易于接收其他磁场源产生的磁场。这就会将干扰引入这些电路中来。

图示的结果是常见的错误：迫使高频返回电流远离阻抗最小的路径形成大的环路天线

当然在大多的物联产品设计中会使用多层板的方案，通常使用的是返回层或参考层。返回层或参考层上的PCB走线会与其下面的返回电路产生直接的感性耦合。具有较好耦合返回路径的PCB走线能使其和返回路径之间的闭合环路面积最小，从而使印制线产生的发射最小，以及使电路对外界干扰的敏感度最低。如下图所示。

PCB布线上小的环路面积示意图

然而，当对PCB进行布线时，如果信号电流路径和返回电流路径之间相距若干层或在返回层或参考层上存在孤岛或切口（信号出现跨分割），那么参考层将会失去其所有的优点。

DM电流流过的路径与共模（CM）电流流过的路径不同。CM电流的不同之处在于他们沿着信号电路（或信号路径）流动时的方向相同。他们的值通常也是非常小的，为uA级的。一个很好理解DM电流和CM电流的方法是，每个DM电流（数字信号）要求专用的返回路径才都能工作，而CM电流要求提供返回路径就可以共用。如果没有为CM（共模电流路径）信号提供返回路径，那么它将会自己寻找，这极有可能会形成一个很大的闭环面积，从而产生强的辐射发射！

考虑两个相关系统的情况（电路1和电路2），如下图所示。这个系统可以是两个集成电路或两块电路板，他们具有共同的返回或参考路径。如果返回路径为一层，那么两个子系统之间的阻抗将是非常小的，为毫欧级的。即便如此，如果在返回路径的两个点之间进行测量，也会存在很小的电压，这是由EM（电磁场）场感应产生的不同电流流过这些小的阻抗产生的。如果这两点之间存在电压降，那么他们之间肯定存在电流。

正是这个小电流产生了CM电流，其在信号路径和信号返回路径上的流动方向相同。这种情况也经常会出现在与产品相连接的I／O电缆上，这极可能是辐射发射产生超标的原因之一。

电路1的参考层和电路2的参考层之间的电压差产生共模电流

产生CM（共模）电流的其它方法还包括利用电压源，其可能与机壳产生的容性耦合，再比如通过电源的散热片。开关装置（开关电源电路）与外壳之间的电压能在整个电路中产生CM（共模）电流。对于这种情况，必须在外壳上找一个连接让CM（共模）电流流回到电源。对于与外壳没有任何交流连接的孤立电源，这将会使所有的电源和互连电缆都产生辐射发射，应尽力让这种电能返回到外壳，然后经由外壳再次返回到电源。

如果返回层上存在被忽视的开槽或裂缝从而迫使返回电流流过较长的路径，或者如果高频信号电路的电源或负载间被忽视的阻抗匹配很差，那么也会产生CM电流。

由于CM（共模）信号与其返回路径之间的距离很大，那么与DM（差模）的相比CM噪声能产生更有效的辐射。一些仿真模型表明，根据频率和电流回路的几何形状，CM电流产生的辐射能量效率更高，为DM（差模）辐射的106倍。至少可以说1uA的CM（共模）电流产生的辐射能量相对于2mA多的DM（差模）电流产生的辐射能量。