一种差模共模干扰分离器的制作方法

1.本发明涉及电磁兼容干扰测试技术领域，尤其涉及一种差模共模干扰分离器。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，电磁兼容性问题成为电路设计工程师极为关注和棘手的问题。大家普遍认为电磁兼容性标准中最重要也是最难解决的两个问题就是传导发射和辐射发射。在gb/t 4365
‑
1995中，电磁骚扰的定义为：任何可能引起装置、设备或分系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰定义为：电磁骚扰引起的设备，传输通道或系统性能的下降。
3.根据干扰的流动方向和形式，设备产生的干扰可以分为差模干扰和共模干扰，根据不同的干扰类型，设计师需要选择特定的方案来进行设计。差模信号使用的差模磁环磁导率低，但磁饱和度高，而共模磁环的磁导率高但容易饱和，通常对共模磁环采用双扼流圈形式来进行绕制。若选错材料以及电路拓扑结构，便不能有效抑制干扰，从而使得emi滤波器的滤波效果不明显。在传统的整改方法时，设计师不能明确干扰信号为什么形式的干扰，因而在设计滤波器之初会造成大量人力物力的浪费。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种差模共模干扰分离器。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种差模共模干扰分离器，包括：差模共模切换电路和同相加法电路；
6.包含差模共模干扰的第一信号源连接所述差模共模切换电路的输入端，并向所述差模共模切换电路输入第一信号；所述差模共模切换电路根据输出需求，将所述第一信号直接输出给所述同向加法电路的同向输入端，或者将所述第一信号取反后输出给所述同向加法电路的同向输入端；
7.包含差模共模干扰的第二信号源连接所述同向加法电路的同向输入端，并向所述同向加法电路的同向输入端输入第二信号；所述同向加法电路将所述第一信号与第二信号进行相加处理后输出共模信号；或者，将所述第一信号取反后的信号与所述第二信号进行相加处理后输出差模信号。
8.本发明的有益效果是：通过将共模干扰和差模干扰分离量化，使得设计师能根据两种干扰的大小和特征来进行滤波电路元器件的选型以及电路拓扑结构的设计，提高整改以及滤波器设计的效率。同时该分离器轻便易携带，内部无晶振时钟等容易造成二次污染的电路器件，具有简单异性，制作成本低，良品率高，使用范围广，通用性强的特点。
9.进一步，所述差模共模切换电路包括取反器和单刀双掷开关；所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述取反器的输入端，所述取反器的输出端连接单刀双掷开关的第一活动端，所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述单刀双掷开关的第二活动端，所
述单刀双掷开关的固定端连接所述同向加法电路的同向输入端。
10.采用上述进一步方案的有益效果是:通过开关来选择输出为差模信号还是共模信号，能够方便在实际测试过程中进行信号的切换和选择。
11.进一步，所述取反器包括第一运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；且所述第二电阻r2与第三电阻r3阻值相等；所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述单刀双掷开关的第二活动端，并且通过所述电阻r3连接所述第一运算放大器u1的负输入端，所述第一运算放大器u1的正输入端通过所述第一电阻r1接地；所述第一运算放大器u1的输出端连接所述单刀双掷开关的第一活动端，并且所述第一运算放大器u1的输出端通过所述第二电阻r2连接其负向输入端。
12.采用上述进一步方案的有益效果是：通过对第一信号进行反相操作，并且通过开关选择能够为差模信号与共模信号的计算测量提供有效手段；另外由于电路没有采用滤波器件如电感，变压器等，使得信号不会被滤除而产生衰减。反相器采用高性能加法器实现，不会引入额外噪声；整个电路能够准确反映测量待测信号的大小以及波形。
13.进一步，所述同相加法电路包括第二运算放大器u2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8；且所述第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6的阻值相等，所述第七电阻r7的阻值是所述第八电阻r8的两倍；所述差模共模切换电路的输出端通过所述第四电阻r4连接所述第二运算放大器u2的正输入端，所述第二信号源通过所述第五电阻r5连接所述第二运算放大器u2的正输入端，所述第二运算放大器u2的正输入端通过所述第六电阻r6接地；所述第二运算放大器u2的负输入端通过所述第七电阻r7接地，所述第二运算放大器u2的输出端通过所述第八电阻r8连接所述第二运算放大器u2的负输入端。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：将选择出的信号进行加法器相加，便能得到相应的信号波形；通过此电路，最终输出的信号分别为输入信号中的差模部分和共模部分，通过切换开关进行切换。同时电路损耗低，对信号的衰减可以忽略，能准确反映其中的信号成分。
15.本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
16.图1为本发明一实施例提供的差模共模干扰分离器电路图；
17.图2为本发明另一实施例提供的差模共模干扰分离器电路图；
18.图3a为本发明实施例提供的当选择输出差模干扰信号模式时的第一示波器xsc1显示的波形图；
19.图3b为本发明实施例提供的当选择输出差模干扰信号模式时的第二示波器xsc2显示的波形图；
20.图4a为本发明实施例提供的当选择输出共模干扰信号模式时的第一示波器xsc1显示的波形图；
21.图4b为本发明实施例提供的当选择输出共模干扰信号模式时的第二示波器xsc2显示的波形图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
23.图1为本发明实施例提供的差模共模干扰分离器电路图。如图1所示，该分离器包括：包括差模共模切换电路和同相加法电路。
24.包含差模共模干扰的第一信号源连接所述差模共模切换电路的输入端，并向所述差模共模切换电路输入第一信号；所述差模共模切换电路根据输出需求，将所述第一信号直接输出给所述同向加法电路的同向输入端，或者将所述第一信号取反后输出给所述同向加法电路的同向输入端；
25.包含差模共模干扰的第二信号源连接所述同向加法电路的同向输入端，并向所述同向加法电路的同向输入端输入第二信号；所述同向加法电路将所述第一信号与第二信号进行相加且二分之一倍放大处理后输出共模信号；或者，将所述第一信号取反后的信号与所述第二信号进行相加且二分之一倍放大处理后输出差模信号。
26.需要说明的是，共模干扰和差模干扰具体如下特点：差模信号在信号线正线与信号线负线(或零线)之间流动，方向相反，大小相等；而共模信号与此相反，在信号线和大地之间形成的回路中流动，在信号线正线和负线(或零线)上方向相同，大小相等。因而可以设计其公式：
27.共模信号：v
cm
＝(vn+v
l
)/2；
28.差模信号：v
dm
＝(v
n
+(
‑
v
l
))/2。
29.根据原理公式可，采用同相加法器将正负线上的信号相加且二分之一倍放大处理后，得到最终的共模信号；而通过将v
l
信号反相后再进行加法器相加且二分之一倍处理后可以得到差模信号。
30.上述实施例中，通过差模共模切换电路确定是否对第一信号进行取反操作，在不进行取反操作的情况下，将第一信号直接输入同向加法电路与第二信号进行相加且二分之一倍放大处理后，得到共模信号；在进行取反操作的情况下，将第一信号取反后的信号与第二信号进行相加且二分之一倍处理后，得到差模信号；通过将共模干扰和差模干扰分离量化，使得设计师能根据两种干扰的大小和特征来进行滤波电路元器件的选型以及电路拓扑结构的设计，提高整改以及滤波器设计的效率。同时该分离器轻便易携带，内部无晶振时钟等容易造成二次污染的电路器件，具有简单异性，制作成本低，良品率高，使用范围广，通用性强的特点。
31.可选地，所述差模共模切换电路包括取反器和单刀双掷开关；所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述取反器的输入端，所述取反器的输出端连接单刀双掷开关的第一活动端，所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述单刀双掷开关的第二活动端，所述单刀双掷开关的固定端连接所述同向加法电路的同向输入端。
32.上述实施例中，通过开关来选择输出为差模信号还是共模信号，能够方便在实际测试过程中进行信号的切换和选择。
33.可选地，在一个实施例中，如图2所示，所述取反器包括第一运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；且所述第二电阻r2与第三电阻r3阻值相等。
34.所述包含差模共模干扰的第一信号源连接所述单刀双掷开关的第二活动端，并且
通过所述电阻r3连接所述第一运算放大器u1的负输入端，所述第一运算放大器u1的正输入端通过所述第一电阻r1接地；所述第一运算放大器u1的输出端连接所述单刀双掷开关的第一活动端，并且所述第一运算放大器u1的输出端通过所述第二电阻r2连接其负向输入端。
35.该实施例中，将取反器中第一运算放大器u1的放大比例调节为1，且第一信号源接第一运算放大器u1的负输入端，从而可实现对第一信号的取反操作。具体地，电阻阻值可以选取：r2＝r3＝1kω。
36.上述实施例中，通过对第一信号进行反相操作，并且通过开关选择能够为差模信号与共模信号的计算测量提供有效手段；另外由于电路没有采用滤波器件如电感，变压器等，使得信号不会被滤除而产生衰减。反相器采用高性能加法器实现，不会引入额外噪声；整个电路能够准确反映测量待测信号的大小以及波形。
37.可选地，在一个实施例中，如图2所示，所述同相加法电路包括第二运算放大器u2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8；且所述第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6的阻值相等，所述第七电阻r7的阻值是所述第八电阻r8的两倍。
38.所述差模共模切换电路的输出端通过所述第四电阻r4连接所述第二运算放大器u2的正输入端，所述第二信号源通过所述第五电阻r5连接所述第二运算放大器u2的正输入端，所述第二运算放大器u2的正输入端通过所述第六电阻r6接地；所述第二运算放大器u2的负输入端通过所述第七电阻r7接地，所述第二运算放大器u2的输出端通过所述第八电阻r8连接所述第二运算放大器u2的负输入端。
39.该实施例中，将同向加法电路中第二运算放大器u2的放大比例调节为0.5，从而可得到差模信号和共模信号。具体地，电阻阻值可以选取：r4＝r5＝r6＝1kω、r7＝1kω，r8＝1kω。
40.上述实施例中，将选择出的信号进行加法器相加，便能得到相应的信号波形；通过此电路，最终输出的信号分别为输入信号中的差模部分和共模部分，通过切换开关进行切换。同时电路损耗低，对信号的衰减可以忽略，能准确反映其中的信号成分。
41.在仿真测试时，可以在第一信号源xfg1输出端和单刀双掷开关的固定端连接第一示波器xsc1，在第二运算放大器u2的输出端连接第二示波器xsc2。
42.上述实施例中，第一信号源xfg1和第二信号源xfg2可以均选取输出频率为10mhz、幅度为10vpp的正弦波，当单刀双掷开关连接的固定端连接第一活动端时，此时第一信号源输出的第一信号取反(如图3a所示)后与第二信号源输出的第二信号在第二运算放大器u2中执行相加且二分之一倍处理后，输出如图3b所示的差模信号，可以看出由于两个信号大小相同，第一信号经过反相后，两者相互抵消，第二运算放大器u2输出信号为0。
43.上述实施例中，第一信号源xfg1和第二信号源xfg2可以均选取输出频率为10mhz、幅度为10vpp的正弦波，当单刀双掷开关连接的固定端连接第二活动端时，此时第一信号源输出的第一信号(如图4a所示)直接与第二信号源输出的第二信号在第二运算放大器u2中执行相加且二分之一倍处理后，输出如图4b所示的共模信号，可以看出第二运算放大器的输出信号为两个信号的相加并进行0.5倍缩小。
44.在制作上述实施例提供的差模共模干扰分离器时，首先进行原理图即仿真设计，再通过对放大器电路的理论计算和仿真，得到相应部分的电阻值大小，并按照要求选择核心的放大器器件用来实现两个信号的相加；对于差模信号还要进行反向器件的选择和设
计；设计完成后，根据差模共模选择器的尺寸要求和产品批产数量总和考虑，选择合适的元器件并设计合理的印制板和外壳封装。在设计印制板时确保布线的整齐度，避免因为线间干扰耦合使得差模共模选择器在进行信号分离选择时产生额外的干扰，从而影响最终的测试结果；根据设计好的电路图，将元器件按照设定好的位置摆放焊接在印制板上，对于贴片元器件，使用贴片机编制程序，完成表贴元器件的自动化贴装；将焊接完成的电路板，按照设计准则进行装配，装配时避免引入产生额外电磁兼容问题；对安装好的差模共模选择器进行验证，确保其满足设计和使用要求。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。