实用EMI噪讯对策技术(4)-平衡

平衡的定义
平衡是强化噪讯时重要的性质，传输信号必需有往与返两条信号线，处理信号必需在信号线途径插入电子组件，形成所谓的「电子电路」，该电路同样必需设置可以使信号折返原点的结构。如图1所示由信号线与电子组件构成的电路，它的往与返任何定义下都是对等时称为「平衡」。
　

图1 平衡的定义
　
在平衡电路如果有非对等部位时称为「不平衡」，不平衡的电路则称为「不平衡电路」。上述平衡与不平衡属于模拟性概念，所有平衡的程度具有所谓的「平衡度」问题。世间并没有完全的平衡，完全平衡物理上必需通过相同场所，这种情况实际上不可能存在。实际上被视为平衡的情况概称为平衡，实用上如果被认为欠缺平衡度时，就成为不平衡。

电子电路内的一般信号线的信号折返线，通常都使用共通的大地线(ground line)，由于「往线」独立，「返线」共通，因此大地线属于「不平衡」，信号线为「平衡」，所以信号线必需有往与返2条线的结构。图2是平衡与不平衡具体实例，图2(a)是一般RC滤波器，它的「往」设有电阻，因此属于不平衡；图2(b)的「往」与「返」对等，因此属于平衡。

噪讯对策用滤波器的噪讯与信号频宽非常接近时，滤波器必需要有敏锐(sharp)的特性与极高的精度，不过一般噪讯对策用滤波器，却不要求敏锐的特性与精确的特性值。插入滤波器的部位要求高平衡时，基于提高平衡度的考虑，「往」与「返」的阻抗值必需一致，相同理由第2章信号模式的图7一般模式消除用滤波器，同样为了提高一般模式的消除率，因此要求极高的平衡度。
　

图2 滤波器的平衡与不平衡
 
平衡的特性
接着探讨平衡时的效应。此处假设来自外部的噪讯，被施加于平衡的信号线，根据上述定义所谓平衡是指2条线对等，因此等值的噪讯等于同时渗透到2条线内(图3)，此时噪讯变成一般模式噪讯(common mode noise)。
　

图3 外来噪讯

来自外部的噪讯被施加于不平衡的信号线时，随着不平衡的差异，渗透的噪讯大小也不相同，亦即除了一般模式噪讯之外，标准模式噪讯(normal mode noise)也会渗透至信号线内部。由于标准模式噪讯性并不比一般模式噪讯好，因此「平衡」反而比较有利。 至于平衡度，根据使用目的与用途定义即可，并没有特定的定义规范，通常平衡度被定义成如下:

「承受来自外部的噪讯，在渗透的噪讯之中，假设标准模式成份为EN，一般模式成份为EC的话，平衡度=EC/(EC+EN)」
如图4与图5所示，一般模式信号在平衡电路中，直接以一般模式传输，‧如果是平衡时，由于阻抗(impedance)为Z1=Z2，因此阻抗造成的电压下降相同，成为V3=V4，维持一般模式。

如果不平衡时，由于Z1≠Z2，因此阻抗造成的电压下降值相异，成为V3≠V4，该差异成份则转化成标准模式。
如果是平衡时，由于阻抗为Z3=Z4，因此V3=V4，维持一般模式。
如果不平衡时，由于Z3≠Z4，V3≠V4，部份化为标准模式。

由此可知不平衡时，一般模式会转化成标准模式，不过一般都不希望发生这种情况。
　

图4 平衡与不平衡时的传输比较(串联电路)
　

图5 平衡与不平衡时的传输比较(并联电路)