共模干扰处理的2种方法的区别解析
模拟量信号干扰分析及11种解决秘诀
模拟量信号干扰分析及11种解决秘诀关键词：PLC 模拟量 信号干扰1、概述随着科学技术的发展，PLC 在工业控制中的应用越来越广泛。
PLC 控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
自动化系统中所使用的各种类型PLC ，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。
要提高PLC 控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。
2、电磁干扰源及对系统的干扰影响PLC 控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。
其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。
共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。
共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V 以上。
共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。
差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
3、PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？(1) 来自空间的辐射干扰：空间的辐射电磁场（EMI ）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解開關電源的共模干擾抑制技術|開關電源共模電磁干擾(EMI)對策詳解0 引言由於MOSFET及IGBT和軟開關技術在電力電子電路中的廣泛應用，使得功率變換器的開關頻率越來越高，結構更加緊湊，但亦帶來許多問題，如寄生元件產生的影響加劇，電磁輻射加劇等，所以EMI 問題是目前電力電子界關注的主要問題之一。
傳導是電力電子裝置中干擾傳播的重要途徑。
差模干擾和共模干擾是主要的傳導干擾形態。
多數情況下，功率變換器的傳導干擾以共模干擾為主。
本文介紹了一種基於補償原理的無源共模干擾抑制技術，並成功地應用於多種功率變換器拓撲中。
理論和實驗結果都證明了，它能有效地減小電路中的高頻傳導共模干擾。
這一方案的優越性在於，它無需額外的控制電路和輔助電源，不依賴於電源變換器其他部分的運行情況，結構簡單、緊湊。
1 補償原理共模雜訊與差模雜訊產生的內部機制有所不同：差模雜訊主要由開關變換器的脈動電流引起；共模雜訊則主要由較高的d/d與雜散參數間相互作用而產生的高頻振盪引起。
如圖1所示。
共模電流包含連線到接地面的位移電流，同時，由於開關器件端子上的d/d是最大的，所以開關器件與散熱片之間的雜散電容也將產生共模電流。
圖2給出了這種新型共模雜訊抑制電路所依據的本質概念。
開關器件的d/d通過外殼和散熱片之間的寄生電容對地形成雜訊電流。
抑制電路通過檢測器件的d/d，並把它反相，然後加到一個補償電容上面，從而形成補償電流對雜訊電流的抵消。
即補償電流與雜訊電流等幅但相位相差180°，並且也流入接地層。
根據基爾霍夫電流定律，這兩股電流在接地點匯流為零，於是50Ω的阻抗平衡網路（LISN）電阻（接測量接收機的BNC埠）上的共模雜訊電壓被大大減弱了。
圖1 CM及DM雜訊電流的耦合路徑示意圖圖2 提出的共模雜訊消除方法2 基於補償原理的共模干擾抑制技術在開關電源中的應用本文以單端反激電路為例，介紹基於補償原理的共模干擾抑制技術在功率變換器中的應用。
共模电流与差模电流
如图所示，由于对这两种干扰电流的滤波方法不相同，因此在进行滤波设计之前必须了解所面对的干扰电流。 1．共模干扰电流 共模干扰电流定义为在任意（或全部）载流导线和参考地之间的无用电位差所形成的电流。干扰电流在电路走线中的所有导线上的幅度、相位相同，它在电路走线与大地之间形成的回路中流动。造成这种干扰电流的原因有：
图 共模和差模电流 · 外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压（这个电压相对于大地是等幅和同相的），由这个电压产生的电流； · 由于电路走线两端的器件所接的地电位不同，在这个地电位差的驱动下产生电流； · 器件上的电路走线与大地之间有电位差，这样电路走线上会出现共模电流。 由上面的介绍可知，共模电流不会对电路产生影响，只有当共模电流转变成差模电流（或电压）时，才对电路产生影响。这种情况会在电路不平衡的情况下发生。
另外，器件如果在其电路走线上产生共模电流，则电路走线会产生强烈的电磁辐射，造成器件满足不了电磁兼容标准中对辐射的限制要求，对其他器件造成干扰。 2．差模干扰电流 差模干扰电流定义为在任意两条载流导线之间的无用电位差所形成的电流。干扰电流在信号线与信号地线之间（或电源线的火线和零线之间）流动。在信号电路走线中，差模干扰电流是在外界电磁场中信号线和信号地线构成的回路中感应产生的。
由于电路走线中的信号线与其地线靠得很近，形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一股不会很大。 在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的（特别是开关电源）和感性负载通断时产生的（其幅度往往很大）。差模干扰电流会直接影响器件的工作。
当开关电源工作时，在电源线上既会产生很强的共模干扰，也会产生很强的差模干扰。
1. 差模电流和共模电流 关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射，而非电压”。静态电荷产 生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。 在任何电路中都存在共模电流和差模电流。 一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信息）。共模模式是差分 模式的负面效果。 2. 差模电流 大小相等，方向（相位）相反。 由于走线的分布电容、电感，信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流 过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。
差模干扰和共模干扰的原理
差模干扰和共模干扰的原理差模干扰和共模干扰都是电路中常见的干扰形式。
差模干扰和共模干扰的原理可以通过对其定义以及电路中的具体应用来解释。
首先，差模干扰指的是信号的两个分量相对于地的电位差所引起的干扰。
差模信号是指两个信号相对地的电位差，一般称为差模电压或差模信号；而差模干扰是指差模信号中存在的噪声或干扰信号。
差模干扰往往来源于信号源自身的不完美，或者由于信号传播过程中的电磁波耦合等因素引起。
例如，在音频线路中，差模干扰可能来自于电源线的磁场感应、地线噪声以及其他电源干扰。
其次，共模干扰指的是信号的两个分量相对地的电位相等所引起的干扰。
共模信号是指信号的两个分量相对地的电位相等，一般称为共模电压或共模信号；而共模干扰是指共模信号中存在的噪声或干扰信号。
共模干扰往往来源于外部环境中的电磁干扰，例如电源线上的高频噪声信号、其他电器设备的辐射电磁波等。
差模干扰和共模干扰的区别在于信号的两个分量相对地的电位差异。
对于差模干扰，由于信号源自身的不完美或传播过程中的电磁波耦合，信号的两个分量之间存在电位差，因此产生了差模干扰；而对于共模干扰，由于外部环境中的电磁干扰，信号的两个分量相对地的电位相等，因此产生了共模干扰。
差模干扰和共模干扰在电路中的影响与应对方法也有所不同。
差模干扰会破坏信号的差模部分，导致信号失真或降低信噪比；而共模干扰则会影响整个信号以及相关设备的正常工作。
为了解决差模干扰问题，可以采取一些差模抑制技术，如采用差模放大器、差模滤波器，或者在设计中增加屏蔽层和引入差模输入和输出滤波来降低差模干扰的影响。
而对于共模干扰问题，可以采取共模抑制技术，如增加屏蔽层、使用阻抗匹配技术、选择低耦合度的电子元件等，以减少共模干扰的影响。
总之，差模干扰和共模干扰是电路中常见的干扰形式，其原理在于信号分量相对地的电位差异。
了解差模干扰和共模干扰的原理，有助于我们在电路设计和干扰抑制中采取相应的措施，保证信号的质量和系统的正常工作。
共模干扰与差模干扰的成因与应对
共模干扰与差模干扰的成因与应对共模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度相等，相位相同的噪声。
差模干扰：则是幅度想等，相位相反的的噪声。
常用的差分线对共模干扰的抗干扰能力就非常强。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。
其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。
共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。
共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。
共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。
差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。
消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线；共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。
消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)在一般情况下，差模信号就是两个信号之差，共模信号是两个信号的算术平均值。
电气控制系统中出现共模干扰解决措施
电气控制系统中出现共模干扰解决措施
当现场多路信号，如4～20mA、0～10mA、1～5V同时输入多个控制器时，所示。
对于传感器输出的电流信号，只经plc和变频器的输入阻抗之和不大于传感器的输出负载阻抗即可，压力传感器的信号可以同时串入PLC和变频器，如只有压力传感器信号，则PLC和变频器也都可以正常接收压力传感器的信号。
而当液位传感器的信号也同时接入PLC和变频器时，因PLC接收信号的-端都在变频器的+端，当两传感器的信号电流不一样时，就有可能使PLC两-端的电位有较大的差异，就就形成了共模干扰电压。
如PLC输入端又互相不是隔离的，则会造成PLC的模拟信号输入端接收不正常。
变频器的两输入信号是在PLC的后面，其-端电位可保持在变频器内部电路设定的状态，问题不大。
解决的办法所示，在PLC输入信号的一端加装隔离模块，此时PLC的两个-端中，由于一个是处于隔离状态，所以不会出现两个-端一高一低，与PLC 内部电路不相适应的现象。
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差模干扰和共模干扰
差模干扰和共模干扰☆差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生的与信号电流或电源电流相同路径的噪音电流。
减小这种噪音的方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器，来减小高频的噪音。
噪音产生的电场强度与电缆到观测点的距离成反比，与频率的平方成正比，与电流和电流环路的面积成正比。
因此，减小这种辐射的方法是在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流进电缆；使用屏蔽电缆或扁平电缆，在相邻的导线中传输回流电流和信号电流，使环路面积减小。
共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下，经过大地与设备之间的寄生电容，在大地与电缆之间流动的噪音电流产生的。
减小共模传导噪音的方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波，滤去共模噪声。
噪音辐射的电场强度与电缆到观测点的距离成反比，与频率和电缆的长度成正比。
☆由陈伟华主编的《电磁兼容实用手册》中对“共模”干扰的定义是指电源线对大地，或中线对大地之间的电位差。
对于三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间。
共模干扰有时也称为纵模干扰，不对称干扰或接地干扰，这是载流导体与大地之间的电位差。
它与差模的区别是差模干扰存在于电源相线与中线之间。
共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。
共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。
消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁等易产生干扰的设备共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV) （6）使用差分式电路什么叫共模干扰和差模干扰？如何消除通讯线上的干扰？485通信线由两根双绞的线组成，它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号，因此称之为差分电压传输。
差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。
共模干扰和差模干扰及其抑制技术
Ｌ－Ｎ 上的差模干扰信号看作独立的 骚扰源，把 Ｌ－Ｅ、Ｎ－Ｅ 和 Ｌ－Ｎ 看作独 立的网络端口，以便于分析 ＥＭＩ 信 号和处理有关的滤波网络。
２．２ 共模电流和差模电流
干扰电流在导线上传输时有 两种方式： 共模方式和差模方式， 如图 ２－２ 所示。一对导线上如流过 差模电流则两条线上的电流大小相 等，方向相反； 而一般有用信号也 都是差模电流。一对导线上如流过 共模电流则两条线上的电流方向相 同。干扰电流在导线上传输时既可 以差模方式出现，也可以共模方式 出现。但共模电流只有变成差模电
（１） 由于电路的不平衡性，相 同的共模电压会在信号线和信号地 线上产生不同幅度的共模电流，从 而产生差模电压，形成干扰。
（２） 共模电流会产生很强的辐 射，对周围的电路形成辐射性干 扰，而电缆的共模辐射则是设备辐 射干扰发射超标的主要原因之一。
一般情况下，电缆上产生共模 电流的原因有三个方面： 一个是外 界电磁场在电缆中所有导线上感应 出来的电压（这个电压相对于大地 是等幅同相的），这个电压产生电 流；另一个原因是电缆两端的设备 所接的地电位不同，在这个地电位 的驱动下产生电流； 第三个原因是 设备上的电缆与大地之间的电位 差，这样电缆上会有共模电流。如 果设备在其电缆上产生共模电流， 电缆会产生强烈的电磁辐射，对电 子、电气产品元器件产生电磁干 扰，影响产品的性能指标。另外， 当电路不平衡时，共模电流会转变 为差模电流，差模电流对电路直接 产生干扰影响。对于电子、电气产 品电路中的信号线及其回路而言： 差模电流流过电路中的导线环路 时，将引起差模辐射，这种环路相 当于小环天线，能向空间辐射磁 场，或接收磁场。因此，必须限制 环路的大小和面积。
平 ７１３１０７）
Zhao Jin-kui
共模干扰实例分析与抑制方法
共模干扰实例分析与抑制方法作者：孙洪洁来源：《数字技术与应用》2019年第06期摘要：以DMIS系统无线车次号信息上传时出现误码、丢包的实例，对共模干扰的形成及抑制方法做了分析说明。
关键词：共模干扰;地环路;光电耦合器中图分类号：TN972 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0078-020 引言京哈线龙家营车站DMIS系统无线车次号信息上传中，北京铁路局会调中心：终端收不到上传的机车车次号信息，上传数据频繁出现误码、丢包现象，导致铁路运输指挥信息不畅。
经综合分析、反复论证，认为：所联接的设备间地电位有压差，产生了共模干扰。
共模干扰造成上传数据频繁出现误码、丢包现象。
1 共模干扰及其危害1.1 共模干扰由陈伟华主编的《电磁兼容实用手册》中对“共模”干扰的定义是：指电源线对大地，或中线对大地之间的电位差。
对于三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间。
共模干扰有时也称为纵模干扰，不对称干扰或接地干扰，这是载流导体与大地之间的电位差。
1.2 共模干扰的危害共模干扰往往造成电子设备之间数据传输误码、丢包、工作异常、计算机运行错误、自控设备误动作等，直接影响到整个系统的可靠性和对稳定性，甚至危及人身安全。
2 地环路中产生的共模干扰共模干扰主要可以分为两种：一种是侵入设备的共模干扰，另一种是从设备内部辐射出来的共模干扰。
侵入设备的共模干扰主要由地环路引起。
3 抑制共模干扰的方法电磁干扰抑制技术主要在以下几方面考虑：（1）抑制干扰源，消除干扰产生的条件、因素;（2）消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射;（3）提高受扰设备的抗干扰能力。
为此，抑制共模干扰常用的方法有：屏蔽、接地、隔离和滤波。
3.1 断开设备间地环路共模干扰产生的根本原因就是：设备间存在地电位差，从而形成了共模电流，导致产生干扰。
如切断设备之间地连接，就消除了产生土壤，共模干扰就不能够形成。
为此可知：直接、有效的方法是将设备之间的地环路断开。
133讲：干扰的抑制
长线传输干扰的抑制
终端匹配 始端匹配
长线传输干扰的抑制
(一)终端匹配
为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的波阻抗Rp， 波阻抗的测量如图所示。调节可变电阻R，并用示波器观 察A的波形，当达到完全匹配时，即R=Rp时，门A输出 的波形不畸变，反射完全消失，这时的R值就是该传输线 的波阻抗。
终端匹配
为了克服上述匹配方法的缺点，可采用图(b)所 示的终端匹配方法。 适当调整R1和R2的阻值，可使R=Re。这种匹 配方法也能消除波反射，优点是波形的高电平下 降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电干 的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两 种情况，可选取R1=R2=2Rp，此时等效电阻 R=Rp。实践中宁可使高电平降低得稍多点，而 让低电子抬高得少点，可通过适当选取电阻R1 和R2，使R1>R2达到此目的，当然还要保证 等效电阻R=Rp。
系统抗干扰技术
干扰的抑制
干扰的抑制
干扰是客观存在的，研究干扰的目的是抑制干扰源 进入监控系统，以及采取各种保护措施尽量减少干 扰对系统的影响。本小节按干扰的三类作用方式分 别讨论其相应的抑制措施。
抑制措施 共模干扰的抑制 串模干扰的抑制 长线传输干扰的抑制
干扰的抑制
一、共模干扰的抑制
共模干扰产生的主要 原因是不同“地”之 间存在共模电压，以 及模拟信号系统对地 的漏阻抗。因此，共 模干扰的抑制措施主 要有以下三种：变压 器隔离，光电隔离， 浮地屏蔽。
串模干扰的抑制
（一）用双绞线作信号引线 串模干扰主要是来源于空间电磁场干扰，采用双绞线作信 号线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电 势互相呈反向抵消。用这种方法可使干扰抑制比达到几十 分贝，其效果见下表。为了从根本上消除产生串模干扰的 原因，一方面应对测量仪表(如热电偶、压力变送器、差压 变送器等)进行良好的电磁屏蔽，另一方面应选用带有屏蔽 层的双绞线或同轴电缆作信号线，并应有良好的接地。
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共模干扰处理的2种方法的区别解析
经常在实际操作中，对系统损伤最大的都是低频的共模干扰，譬如大功率
电机、断路器或开关，短路，雷击感应等，这些类型大都是外来的共模信
号，其脉宽在数百us到s之间，周期最长也是数秒，这样的脉冲持续引起对
地的高电压波动，从而损伤系统。但是对于高频共模干扰，从干扰源开始，
大部分能量是以辐射的方式作为能量传输途径的，而且这样的共模干扰多产
生于系统本身。
1
1.对接地产品而言，当然希望线缆上传导过来的共模干扰，通过电容或瞬
态抑制器件，导向大地或机壳，防止其干扰敏感电路(如CPU)。
2
2.但对于浮地产品而言，主要通过串联磁环(或增大共模阻抗)，防止共模
电压转化为差模电压，干扰敏感电路;其次，要注意PCB的布线，不仅使
PCB板的各个电路对其参考地(数字地GND，而非接地产品的机壳地PG)保