实用EMI噪讯对策讲座(2)信号模式

a.电路
如图1所示信号通过二条信号线传递，亦即信号必需经过「往」与「返」才能形成电路，电路原文「CIRCUIT」是指「往」与「返」，因此中译时称它为「回路」，一般则以「电路」概括性称呼，信号若不是往与返一巡构成电路，理论上电流就无法流动。一般都误认信号线只有一条，主要原因如图2(a)所示，许多情况电路图都是以一条方式表示信号线所致。即使图面上只标示一条信号线，其实还有大地线(ground line)存在。有关ground的定义后面章节有详细说明，此处暂时以原文ground表示。如图2(c)所示该ground线属于共通折返线，因此一般电路图都未特别标示，顶多类似图2(b)简单标示ground符号而已。
　

图1 信号与噪讯的差异
　

图2 各种信号线形式
　
理想上信号线本身具备往与返两条线，即使对噪讯要求条件非常严苛时也是如此，因为无折返线理论上无法传输信号，虽然基于经济性考虑，电路基板上的布线数量越少越好，许多情况采用共通线设计方式，共通线最大缺点是抗噪讯特性非常弱，要求高抗噪讯特性设计时，各信号线大多使用两条线。
上述共通折返线亦即ground线，事实上它同时也是赋予电路动作基准电位的场所，反过来说能够赋予电路动作基准电位的场所，就是所谓的「ground」。通常相同一组信号线同时兼具信号共通折返线，与赋予电路动作基准电位场所两种功能，不过也因为信号线同时兼具两种功能，反而变成噪讯发生原因之一。

信号线在电路图上呈理想性的零阻抗(zero impedance)，此时电流若在阻抗内流动的话就会产生电压，该电压就是所谓的噪讯(noise)。大地(ground)又称为地面(earth)，通常两者经常被混合使用，不过本讲座原则上不使用地面(earth)一词，此外还将大地(ground)与接地两者含义分开使用，它只局限本讲座并非一般性请读者注意。

b.标准模式与一般模式
有关信号的传输方法，如图3所示信号线要求两条导线，因此设计上必需从信号源ΔES拉出两条线，使信号可以传递到接收器(receiver)。此处假设从基准电位ER=0输出的两条导线的电压分别是E_A,E_B，两条导线之间的电压为E_N可用下式表示:

E_N = E_A - E_B

以电压形式在两条导线之间传递信号称为「标准模式信号(normal mode signal)」，两条导线之间具有共通电压，两条导线的电压不相同时，共通电压定义如下:

式中的E_C称为「一般模式信号(common mode signal)」，换言之一般模式信号就是指两条信号线内的共通电压。
　

图3 信号的传输方法
　
标准模式是指两条导线之间的电压，因此又称为差动模式(differential mode)或是正相模式，一般模式则称为同相模式。一般信号使用电压的情况非常多，因此接着以电压方式介绍各种信号模式。电流与电压同样有模式(mode)的区分，在两条导线内流动的电流，相互逆向流动时称为「标准模式电流」，相互以相同方向流动时称为「一般模式电流」。

c.一般模式的其它表示
利用两条导线传递信号时，可用上述方式表示信号模式，一般模式的定义如式(1)所示。信号线若是两条导线时，根据上述定义并无特别问题，然而信号的折返线是所谓的共通折返线，此时必需以图4的方式表示，一般模式信号则用下式表示:

E_C = E_B
　

图4 一般模式信号的表示方法