為什么共模電感效果沒有磁環(huán)好

一前情提要

相信大家已經(jīng)看出來了，這是一個投影儀的輻射發(fā)射測試，測試標準為EN55032 Class B。此產(chǎn)品還有其他時鐘問題，不過已經(jīng)解決了，我們現(xiàn)在重點關(guān)注100MHz-200MHz這部分超標的數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗，這種像小山坡的包絡超標，70%是電源造成的共模噪聲。

如下圖所示，輻射發(fā)射主要有兩種天線模型，分別是左邊的環(huán)形天線（差模輻射），右邊的單極子天線（共模輻射）。

這次我們不討論環(huán)形天線，簡單介紹一下單極子天線的一個特點：

也就是說，這個150MHz左右的包絡超標，大概率是噪聲源+0.5米（或者更長）的線輻射出來的，所以這個產(chǎn)品有以下幾種可能：

（1）噪聲從投影儀出來，通過電源線輻射出去；

（2）噪聲從AC/DC適配器出來，通過DC電源線輻射出去；

（3） 噪聲從AC/DC適配器出來，通過AC電源線輻射出去。

二劇情推進

一般而言，AC/DC的噪聲都低于100MHz，所以噪聲從投影儀出來，通過電源線輻射出去的可能性更大。為了快速驗證，我們可以直接把磁環(huán)加在電源線上（靠近投影儀），如下圖所示：

可以看到，加了磁環(huán)之后包絡基本消失，并且有5dB的余量。說明噪聲確實是從投影儀出來，通過電源線輻射出去的。

三跌宕起

加磁環(huán)只是因為方便驗證問題，最終我們希望在PCB板上解決問題，而不是在電源線上加磁環(huán)。于是把磁環(huán)去掉，在PCB上加了一個1000歐姆的共模電感，測試數(shù)據(jù)如下：

Amazing?。?！

磁環(huán)效果很好，但是共模電感幾乎沒有效果！

四漸入高潮

到底是什么原因呢？我們可以先聊一聊共模電感。

共模電感和磁環(huán)都是濾除共模噪聲的器件，只是用在不同的位置。使用時，通過極高的共模阻抗阻止共模噪聲出去，但是PCB是個極其復雜的環(huán)境，很多時候噪聲會繞過共模電感，從而通過電源線等輻射出去。比如以下四種情況：

（1）電源的地線通過座子進入PCB之后，立馬大面積鋪地，這種情況噪聲會通過PCB的地出去，而不通過共模電感；

（2）共模電感同層或者下層鋪滿了地，電源正負極的共模噪聲通過與地的分布電容出去，而不通過電感；

（3）共模電感進行了分地設計，但是旁邊的地距離很近，分布電容很大，噪聲通過電源正負極與地的分布電容→地→地與地的分布電容→地與電源正負極的分布電容→電源線，從而使共模電感失去作用；

（4）共模電感進行了分地設計，要注意兩個地之間的距離，距離越大，分布電容越小，阻抗越高，噪聲就更不容易出去。

而我們這個案例跟上面提到的第三個情況比較類似，如下圖所示，電源線的噪聲通過電源正負極走線與地的分布電容C1→地與地的分布電容C3→地與電源正負極走線的分布電容C2出去。其中，C3容值比較大， 因為地與地有效面積較大，距離也很小。容值大的情況下，容抗就小，噪聲就不從共模電感走，而是從分布電容出去。

為了減小C3，如左上圖所示，把地刮開，增加兩個地的距離d。測試數(shù)據(jù)如下：

可以看到，割地之后，噪聲下降很多，讀點的情況下有2.59dB的余量。

五結(jié)局

通過這個案例我們可以發(fā)現(xiàn)，使用高阻抗器件來反射或者吸收噪聲，要非常注意不要給噪聲留有其他低阻抗的路徑，要不然高阻抗濾波器件的效果就會大打折扣。

責任編輯：haq