电缆中的EMI共模电流是如何产生的

电缆的辐射问题是工程中最常见的问题之一，90％以上的设备不能通过辐射发射测试都是由于电缆辐射造成的。在实际中经常发现，当将设备上的外拖电缆取下来时，设备就可以顺利通过试验，在现场中遇到电磁干扰现象时，只要将电缆拔下来，故障现象就会消失。这是因为电缆是一根高效的接收和辐射天线。电缆产生辐射的机理有两种，一种是电缆中的信号电流（差模电流）回路产生的差模辐射；另一种是电缆中的导线（包括屏蔽层）上的共模电流产生的共模辐射。电缆的辐射主要来自共模辐射。共模辐射是由共模电流产生的，共模电流的环路面积是由电缆与大地（或邻近其他大型导体）形成的，因此具有较大的环路面积，会产生较强的辐射，其形成原理已在第2章中进行了详细描述。对于各种辐射驱动模式，即电缆上的共模电流产生的原因有：

（1）信号回流路径阻抗较高，使信号回流的电流经过回流路径阻抗时，产生压降，该压降成为共模电压，而且正好在电缆与大地（或邻近的其他大型导体）之间，导致共模电流。

（2）差模电流泄漏导致共模电流。即使电缆中包含了信号回线，也不能保证信号电流100％地从回线返回信号源，特别是在频率较高的场合，空间各种杂散参数为信号电流提供了第三条甚至更多的返回路径。

（3）电缆与大地之间形成的寄生回路，通过磁耦合的方式感应到电流，成为共模电流。

上述三种共模电流虽然所占的电流比例很小，但是由于辐射环路面积大，辐射是不能忽视的。因此不要试图通过将电路与大地“断开”（将线路板与机箱之间的地线断开，或将机箱与大地之间的地线断开）来减小共模电流，从而减小共模辐射。将电路与大地断开仅能够在低频减小共模电流，高频时寄生电容形成的通路已经阻抗很小。共模电流主要由寄生电容、寄生电感产生。当然，如果共模辐射的问题主要发生在低频，将线路板或机箱与大地断开会有一定效果。从EMI共模电流产生的机理（第2章描述）可知，减小这种共模电流的一种有效方式是，将信号线与回线靠得越近，则差模信号电流与回流产生的各种寄生效果相互抵消。按照这种方法来避免电缆辐射的一个典型的例子就是使用同轴电缆，由于同轴电缆的回流电流均匀分布在外皮上，其等效电流与轴心重合，因此，回路面积为零，几乎too％的信号电流从同轴电缆的外皮返回信号源，共模电流几乎为零，所以共模辐射很小。另一方面，由于差模电流回路的面积几乎为零，差模辐射也很小，所以同轴电缆的辐射是很小的。对于高频信号，用同轴电缆传送可以避免辐射。这也与传统上用同轴电缆传输高频信号，以减小信号的损耗的目的具有相同的本质。因为信号的损耗小了，自然说明泄漏的成分少了，而这部分泄漏就是电缆的辐射。减小这种共模电流的另一种有效方法是减小差模回路的阻抗，从而促使大部分信号电流从地线返回时，产生的压降几乎为零，即线路板的地线噪声为零，自然共模电流也为零。这里的线路板的地线就是信号的回流线，因此，地线上的两点之间必然存在电压，对于高频电路而言，这些就是高频噪声电压，它作为共模电压驱动电缆上的共模电流，导致共模辐射。第5章中关于地平面阻抗的讨论时提供的各种减小地线阻抗的设计方法，可以用来减小地线上的噪声，从而减小共模电压。如果在实际产品设计中，地平面阻抗控制失败（实际上地平面阻抗控制也是一件非常难的事情，随着电路板密集程度的提高，控制难度还随之增加），那么有一种补偿的方式就是在产品的I／O端口将“0V”通过零阻抗（意味着连接部分的长宽比等于1°或360°搭接）接地，并将I／O信号通过Y电容接地，当然接地点必须是“干净地”。所谓干净地就是这块地线上没有可以产生噪声的电路，因此“干净地”上的局部电位几乎相等。如果产品外壳是金属的，则“干净地”就为金属外壳。