一、初識共模電感 

　　共模電感（Common mode Choke），也叫共模扼流圈，常用于電腦的開關(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號。在板卡設(shè)計中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。 

　　各種CMC 

　　小知識：EMI（Electro Magnetic Interference，電磁干擾） 

　　計算機內(nèi)部的主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬電路，它們工作時會產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾，這就是EMI。EMI還會通過主板布線或外接線纜向外發(fā)射，造成電磁輻射污染，不但影響其他的電子設(shè)備正常工作，還對人體有害。 

　　PC板卡上的芯片在工作過程中既是一個電磁干擾對象，也是一個電磁干擾源。總的來說，我們可以把這些電磁干擾分成兩類：串模干擾（差模干擾）與共模干擾（接地干擾）。以主板上的兩條PCB走線（連接主板各元件的導(dǎo)線）為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線之間的干擾；而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。 

　　串模干擾電流作用于兩條信號線間，其傳導(dǎo)方向與波形和信號電流一致；共模干擾電流作用在信號線路和地線之間，干擾電流在兩條信號線上各流過二分之一且同向，并以地線為公共回路。 

　　串模干擾和共模干擾 

　　如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過衰減過濾（尤其是像USB和IEEE1394接口這種高速接口走線上的共模電流），那么共模干擾電流就很容易通過接口數(shù)據(jù)線產(chǎn)生電磁輻射-在線纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美國FCC、國際無線電干擾特別委員會的CISPR22以及我國的GB9254等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等都對信息技術(shù)設(shè)備通信端口的共模傳導(dǎo)干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要求。 

　　為了消除信號線上輸入的干擾信號及感應(yīng)的各種干擾，我們必須合理安排濾波電路來過濾共模和串模的干擾，共模電感就是濾波電路中的一個組成部分。 

　　共模電感實質(zhì)上是一個雙向濾波器：一方面要濾除信號線上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。 

　　共模電感內(nèi)部電路示意圖 

　　上圖是我們常見的共模電感的內(nèi)部電路示意圖，在實際電路設(shè)計中，還可以采用多級共模電路來更好地濾除電磁干擾。此外，在主板上我們也能看到一種貼片式的共模電感，其結(jié)構(gòu)和功能與直立式共模電感幾乎是一樣的。 

　　貼片CMC 

　　二、從工作原理看共模電感 

　　為什么共模電感能防EMI？要弄清楚這點，我們需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開始分析。 

　　共模電感濾波電路 

　　上圖是包含共模電感的濾波電路，La和Lb就是共模電感線圈。這兩個線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同（繞制反向）。這樣，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響（和少量因漏感造成的阻尼）；當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的。 

　　事實上，將這個濾波電路一端接干擾源，另一端接被干擾設(shè)備，則La和C1，Lb和C2就構(gòu)成兩組低通濾波器，可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號傳入，又可以衰減線路自身工作時產(chǎn)生的EMI信號，能有效地降低EMI干擾強度。 

　　小知識：漏感和差模電感 

　　對理想的電感模型而言，當(dāng)線圈繞完后，所有磁通都集中在線圈的中心內(nèi)。但通常情況下環(huán)形線圈不會繞滿一周，或繞制不緊密，這樣會引起磁通的泄漏。共模電感有兩個繞組，其間有相當(dāng)大的間隙，這樣就會產(chǎn)生磁通泄漏，并形成差模電感。因此，共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。 

　　在濾波器的設(shè)計中，我們也可以利用漏感。如在普通的濾波器中，僅安裝一個共模電感，利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感，起到對差模電流的抑制作用。有時，還要人為增加共模扼流圈的漏電感，提高差模電感量，以達到更好的濾波效果。 

　　從看板卡整體設(shè)計看共模電感 

　　在一些主板上，我們能看到共模電感，但是在大多數(shù)主板上，我們都會發(fā)現(xiàn)省略了該元件，甚至有的連位置也沒有預(yù)留。這樣的主板，合格嗎？ 

　　不可否認(rèn)，共模電感對主板高速接口的共模干擾有很好的抑制作用，能有效避免EMI通過線纜形成電磁輻射影響其余外設(shè)的正常工作和我們的身體健康。但同時也需要指出，板卡的防EMI設(shè)計是一個相當(dāng)龐大和系統(tǒng)化的工程，采用共模電感的設(shè)計只是其中的一個小部分。高速接口處有共模電感設(shè)計的板卡，不見得整體防EMI設(shè)計就優(yōu)秀。 

　　所以，從共模濾波電路我們只能看到板卡設(shè)計的一個方面，這一點容易被大家忽略，犯下見木不見林的錯誤。 只有了解了板卡整體的防EMI設(shè)計，我們才可以評價板卡的優(yōu)劣。那么，優(yōu)秀的板卡設(shè)計在防EMI性能上一般都會做哪些工作呢？ 

　　●主板Layout（布線）設(shè)計 

　　對優(yōu)秀的主板布線設(shè)計而言，時鐘走線大多會采用屏蔽措施或者靠近地線以降低EMI。對多層PCB設(shè)計，在相鄰的PCB走線層會采用開環(huán)原則，導(dǎo)線從一層到另一層，在設(shè)計上就會避免導(dǎo)線形成環(huán)狀。如果走線構(gòu)成閉環(huán)，就起到了天線的作用，會增強EMI輻射強度。 

　　信號線的不等長同樣會造成兩條線路阻抗不平衡而形成共模干擾，因此，在板卡設(shè)計中都會將信號線以蛇形線方式處理使其阻抗盡可能的一致，減弱共模干擾。同時，蛇形線在布線時也會最大限度地減小彎曲的擺幅，以減小環(huán)形區(qū)域的面積，從而降低輻射強度。 

　　主板的蛇形布線 

　　在高速PCB設(shè)計中，走線的長度一般都不會是時鐘信號波長1/4的整數(shù)倍，否則會產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生嚴(yán)重的EMI輻射。同時走線要保證回流路徑最小而且通暢。對去耦電容的設(shè)計來說，其設(shè)置要靠近電源管腳，并且電容的電源走線和地線所包圍的面積要盡可能地小，這樣才能減小電源的波紋和噪聲，降低EMI輻射。 

　　當(dāng)然，上述只是PCB防EMI設(shè)計中的一小部分原則。主板的Layout設(shè)計是一門非常復(fù)雜而精深的學(xué)問，甚至很多DIYer都有這樣的共識：Layout設(shè)計得優(yōu)秀與否，對主板的整體性能有著極為重大的影響。 

　　●主板布線的劃斷 

　　如果想將主板電路間的電磁干擾完全隔離，這是絕對不可能的，因為我們沒有辦法將電磁干擾一個個地"包"起來，因此要采用其他辦法來降低干擾的程度。主板PCB中的金屬導(dǎo)線是傳遞干擾電流的罪魁禍?zhǔn)祝裉炀€一樣傳遞和發(fā)射著電磁干擾信號，因此在合適的地方"截斷"這些"天線"是有用的防EMI的方法。 

　　"天線"斷了，再以一圈絕緣體將其包圍，它對外界的干擾自然就會大大減小。如果在斷開處使用濾波電容還可以更進一步降低電磁輻射泄露。這種設(shè)計能明顯地增加高頻工作時的穩(wěn)定性和防止EMI輻射的產(chǎn)生，許多大的主板廠商在設(shè)計上都使用了該方法。 

　　電感的計算公式： 

　　加載其電感量按下式計算:線圈公式 

　　阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作頻率) * 電感量(mH)，設(shè)定需用 360ohm 阻抗，因此： 

　　電感量(mH) = 阻抗 (ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作頻率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH 

　　據(jù)此可以算出繞線圈數(shù)： 

　　圈數(shù) = [電感量* { ( 18*圈直徑(吋)) + ( 40 * 圈長(吋))}] ÷ 圈直徑 (吋) 

　　圈數(shù) = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈 

　　空心電感計算公式 

　　空心電感計算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H) 

　　D------線圈直徑 

　　N------線圈匝數(shù) 

　　d-----線徑 

　　H----線圈高度 

　　W----線圈寬度 

　　單位分別為毫米和mH。。 

　　空心線圈電感量計算公式： 

　　l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44) 

　　線圈電感量 l單位: 微亨 

　　線圈直徑 D單位： cm 

　　線圈匝數(shù) N單位: 匝 

　　線圈長度 L單位： cm 

　　頻率電感電容計算公式: 

　　l=25330.3/[(f0*f0)*c] 

　　工作頻率： f0 單位:MHZ 本題f0=125KHZ=0.125 

　　諧振電容： c 單位:PF 本題建義c=500...1000pf 可自行先決定，或由Q 

　　值決定 

　　諧振電感： l 單位: 微亨 

　　線圈電感的計算公式 

　　1。針對環(huán)行CORE，有以下公式可利用： (IRON) 

　　L=N2．AL L= 電感值（H) 

　　H-DC=0.4πNI / l N= 線圈匝數(shù)(圈) 

　　AL= 感應(yīng)系數(shù) 

　　H-DC=直流磁化力 I= 通過電流(A) 

　　l= 磁路長度（cm) 

　　l及AL值大小，可參照Micrometal對照表。例如: 以T50-52材，線圈5圈半，其L值為T50-52(表示OD為0.5英吋)，經(jīng)查表其AL值約為33nH 

　　L=33．(5.5)2=998.25nH≒1μH 

　　當(dāng)流過10A電流時，其L值變化可由l=3.74(查表) 

　　H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 （查表后） 

　　即可了解L值下降程度(μi%) 

　　2。介紹一個經(jīng)驗公式 

　　L=(k*μ0*μs*N2*S)/l 

　　其中 

　　μ0 為真空磁導(dǎo)率=4π*10(-7)。（10的負(fù)七次方） 

　　μs 為線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導(dǎo)率，空心線圈時μs=1 

　　N2 為線圈圈數(shù)的平方 

　　S 線圈的截面積，單位為平方米 

　　l 線圈的長度， 單位為米 

　　k 系數(shù)，取決于線圈的半徑（R)與長度(l)的比值。 

　　計算出的電感量的單位為亨利（H）。
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