共模信號與差模信號辨析

 

差模又稱串模，指的是兩根線之間的信號差值；而共模噪聲又稱對地噪聲,指的是兩根線分別對地的噪聲。

 

對于一對信號線A、B，差模干擾相當于在A與B之間加上一個干擾電壓，共模干擾相當于分別在A與地、B與地之間加上一個干擾電壓。

 

像平常看到的用雙絞線傳輸差分信號就是為了消除共模噪聲，原理很簡單，兩線擰在一起，受到的共模干擾電壓很接近， Ua - Ub依然沒什么變化，當然這是理想情況。比如，RS422/485總線就是利用差分傳輸信號的一種具體應用。

 

實際應用中，溫度的變化、各種環境噪聲的影響都可以視作為共模噪聲信號。但如果在傳輸過程中,兩根線的對地噪聲哀減的不一樣大,使得兩根線之間存在了電壓差,這時共模噪聲就轉變成了差模噪聲。

 

差分信號不是一定要相對地來說的，如果一根線是接地的，那他們的差值就是相對地的值了，這就是模擬電路中講過的差分電路的單端輸入情況。

 

差分放大器，差模輸入，差模是相對共模來說的。差分是一種方式。

 

差模信號&共模信號 & 差分放大電路

 

舉例來說，假如一個ADC有兩個模擬輸入端，并且AD轉換結果取決于這兩個輸入端電壓之差，那么我們說這個ADC是差分輸入的，并把這兩個模擬輸入端合在一起叫做差分輸入端。但是加在差分輸入端上的電壓并不一定總是大小相等方向相反，甚至很多情況下是同符號的。(注：即不一定是一正一負)我們把它們的差叫做差模輸入，而把它們共有的量(即平均值)叫做共模輸入。

 

差分是一種電路形式的叫法....

差模是對信號的定義....(相對來說有共模..)

 

差模信號：大小相等，方向相反的交流信號。

共模信號：大小相等。方向相同。

 

在差分放大電路中，經常提到共模信號和差模信號。在差分放大電路中共模信號是不會被放大的，可以理解為三極管的溫漂引起的電流型號，為了形象化溫漂而提出了共模信號，差模信號為輸入信號，就是Ui,就是放大的對象。

 

在差動放大電路中，有兩個輸入端，當在這兩個端子上分別輸入大小相等、相位相反的信號，(這是有用的信號)放大器能產生很大的放大倍數，我們把這種信號叫做差模信號，這時的放大倍數叫做差模放大倍數。如果在兩個輸入端分別輸入大小相等，相位相同的信號，(這實際是上一級由于溫度變化而產生的信號，是一種有害的東西)，我們把這種信號叫做共模信號，這時的放大倍數叫做共模放大倍數。由于差動放大電路的構成特點，電路對共模信號有很強的負反饋，所以共模放大倍數很小。(一般都小于1)計算公式又分為單端輸出和雙端輸出，所以有四個共模信號和差模信號是指差動放大器雙端輸入時的輸入信號。

 

共模信號：雙端輸入時，兩個信號相同。

 

差模信號：雙端輸入時，兩個信號的相位相差180度。

 

任何兩個信號都可以分解為共模信號和差模信號。

 

設兩路的輸入信號分別為：A,B.

 

m,n分別為輸入信號A，B的共模信號成分和差模信號成分。

 

輸入信號A，B可分別表示為：A=m+n;B=m-n

 

則輸入信號A,B可以看成一個共模信號 m 和差模信號 n 的合成。

 

其中m=(A+B)/2;n=(A-B)/2。

 

差動放大器將兩個信號作差，作為輸出信號。則輸出的信號為A-B，與原先兩個信號中的共模信號和差模信號比較，可以發現：

 

共模信號m=(A+B)/2不見了，而差模信號n=(A-B)/2得到兩倍的放大。

 

這就是差模放大器的工作原理。

 

共模抑制比

 

為了說明差動放大電路抑制共模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術指標來衡量，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數Aud與對共模信號的電壓放大倍數Auc之比，稱為共模抑制比，英文全稱是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用簡寫CMRR來表示。

 

差模信號電壓放大倍數Aud越大，共模信號電壓放大倍數Auc越小，則CMRR越大。此時差分放大電路抑制共模信號的能力越強，放大器的性能越好。當差動放大電路完全對稱時，共模信號電壓放大倍數Auc=0，則共模抑制比CCMR→∞，這是理想情況，實際上電路完全對稱是不存在的，共模抑制比也不可能趨于無窮大。

 

 

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