线缆并不是完全与外界隔离的。如果旁边有一根线它的电压或者电流正在快速变化那么它周围的电场和磁场也会跟着变化。而你的信号线如果刚好靠得比较近就有可能被“带进去”一点不属于自己的电压或者电流。正规的说法最常见的可以理解成两种电容耦合和电感耦合。两者都属于近场电磁耦合不需要导线直接相连就能传递干扰 / 信号区别核心电容耦合靠电场电感耦合靠磁场。一、电容耦合电场耦合容性耦合原理两个导体之间存在寄生电容交变电压会通过电场把电荷 / 干扰耦合到另一根导体。本质电压驱动电场传递dV/dt 越大耦合越强。特点干扰和电压变化率强相关高频、快速跳变信号最明显回路是导体→寄生电容→另一导体→对地回流属于高阻抗耦合被干扰线路上感应出来的是感应电压距离增加衰减较快典型场景PCB 两根平行走线互相串扰高压开关、IGBT 快速开关对附近信号线的干扰静电相关耦合抑制方法增大走线间距敏感线加接地屏蔽层屏蔽层单点接地降低信号边沿速率减小 dV/dt缩短平行走线长度二、电感耦合磁场耦合感性耦合互感耦合原理载流导线产生交变磁场穿过邻近回路依靠互感在第二个回路感应出电动势。本质电流驱动磁场传递di/dt 越大耦合越强。特点和电流变化率强相关大电流、快速电流跳变干扰大必须存在闭合环路才能耦合只有一根线没有回路磁场耦合几乎不生效属于低阻抗耦合感应出的是感应电压大小和回路面积成正比环路面积越大耦合越强典型场景大功率电机、继电器、变压器对传感器信号线干扰动力电缆与信号电缆并行大电流产生磁场串扰抑制方法减小敏感回路的环路面积最重要差分双绞线就是这个思路把信号线双绞线绞合抵消磁场功率回路和信号回路垂直布置减少磁通交链增大距离使用高磁导率屏蔽磁屏蔽项目 电容耦合 电感耦合场类型 电场E 场 磁场H 场激励源 电压变化 dV/dt 电流变化 di/dt关键参数 寄生电容 C 互感 M、回路面积耦合对象 导体之间 闭合回路之间阻抗特性 高阻抗耦合 低阻抗耦合典型干扰源 高压、快速电压跳变 大电流、快速电流跳变核心抑制 接地屏蔽、拉开间距 减小环路、双绞线、磁屏蔽双绞线抗干扰原理主要抑制电感耦合磁场干扰顺带也改善一点容性耦合核心一句话两根线绞在一起让外部磁场在两根导线上感应出来的干扰电压大小相等、方向相反相互抵消。1. 电感耦合磁场干扰最主要外部交变磁场穿过导线回路会感应噪声电压噪声大小和环路面积成正比。如果是平行两根线整个回路是一个大框磁场穿过这个大环路产生明显干扰电压。如果绞合双绞线每扭一圈两根导线就互换位置。磁场在第一匝对 A 线感应的噪声和下一匝对 B 线感应的噪声极性相反。一正一负平均之后磁场带来的感应电压互相抵消。前提两根线走差分信号电流大小相等、方向相反。同时双绞线自身向外产生的磁场也会互相抵消对外的电磁辐射也变小双向收益抗外部磁场干扰 减少自身向外发射干扰。注意绞合只能抵消共模磁场干扰。2. 对电容耦合电场干扰的作用有限电容耦合是电场、寄生电容耦合来自附近高压导体的电场。绞合本身不能完全消除电场干扰但因为两根线紧贴两根线拾取到的电场噪声几乎一样变成共模噪声后端电路差分接收器可以把共模噪声抑制掉。 电场干扰最好还是靠金属屏蔽层。3. 共模 vs 差模理解关键外部磁场在两根线感应出同相位、大小接近的噪声 → 共模噪声差分信号本身是两根线上大小相等、相位相反的差模信号差分接收芯片放大差模信号抑制共模噪声CMRR 共模抑制比。双绞线负责把外部干扰尽量变成共模交给后端差分电路滤掉。特性阻抗 ≠ 电阻用万用表测线缆两端测不到 90/100/120Ω 电阻。它是电磁波在线上传播时的瞬时阻抗只在高速信号信号边沿很快下才有意义。低速直流信号不用考虑。为什么要严格匹配这个阻抗高速信号到达线路末端如果负载阻抗≠线缆特性阻抗信号会反射反射回来的波形叠加在原始信号上导致波形畸变、误码、通信不稳定。CAN 总线两端的 120Ω 终端电阻就是为了让负载阻抗 线缆 120Ω 特性阻抗消除反射。差分阻抗USB、以太网、CAN 都是差分传输表格数值是差分阻抗两根信号线合起来的阻抗不是单根线的单端阻抗。差分阻抗 ≈ 2 × 单端阻抗两根线紧耦合时