共模信號(hào)與差模信號(hào)辨析

 

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

 

對(duì)于一對(duì)信號(hào)線A、B，差模干擾相當(dāng)于在A與B之間加上一個(gè)干擾電壓，共模干擾相當(dāng)于分別在A與地、B與地之間加上一個(gè)干擾電壓。

 

像平?？吹降挠秒p絞線傳輸差分信號(hào)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(dāng)然這是理想情況。比如，RS422/485總線就是利用差分傳輸信號(hào)的一種具體應(yīng)用。

 

實(shí)際應(yīng)用中，溫度的變化、各種環(huán)境噪聲的影響都可以視作為共模噪聲信號(hào)。但如果在傳輸過程中,兩根線的對(duì)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(shí)共模噪聲就轉(zhuǎn)變成了差模噪聲。

 

差分信號(hào)不是一定要相對(duì)地來說的，如果一根線是接地的，那他們的差值就是相對(duì)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(duì)共模來說的。差分是一種方式。

 

差模信號(hào)&共模信號(hào) & 差分放大電路

 

舉例來說，假如一個(gè)ADC有兩個(gè)模擬輸入端，并且AD轉(zhuǎn)換結(jié)果取決于這兩個(gè)輸入端電壓之差，那么我們說這個(gè)ADC是差分輸入的，并把這兩個(gè)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(hào)的。(注：即不一定是一正一負(fù))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(duì)信號(hào)的定義....(相對(duì)來說有共模..)

 

差模信號(hào)：大小相等，方向相反的交流信號(hào)。

共模信號(hào)：大小相等。方向相同。

 

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

 

在差動(dòng)放大電路中，有兩個(gè)輸入端，當(dāng)在這兩個(gè)端子上分別輸入大小相等、相位相反的信號(hào)，(這是有用的信號(hào))放大器能產(chǎn)生很大的放大倍數(shù)，我們把這種信號(hào)叫做差模信號(hào)，這時(shí)的放大倍數(shù)叫做差模放大倍數(shù)。如果在兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等，相位相同的信號(hào)，(這實(shí)際是上一級(jí)由于溫度變化而產(chǎn)生的信號(hào)，是一種有害的東西)，我們把這種信號(hào)叫做共模信號(hào)，這時(shí)的放大倍數(shù)叫做共模放大倍數(shù)。由于差動(dòng)放大電路的構(gòu)成特點(diǎn)，電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的負(fù)反饋，所以共模放大倍數(shù)很小。(一般都小于1)計(jì)算公式又分為單端輸出和雙端輸出，所以有四個(gè)共模信號(hào)和差模信號(hào)是指差動(dòng)放大器雙端輸入時(shí)的輸入信號(hào)。

 

共模信號(hào)：雙端輸入時(shí)，兩個(gè)信號(hào)相同。

 

差模信號(hào)：雙端輸入時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的相位相差180度。

 

任何兩個(gè)信號(hào)都可以分解為共模信號(hào)和差模信號(hào)。

 

設(shè)兩路的輸入信號(hào)分別為：A,B.

 

m,n分別為輸入信號(hào)A，B的共模信號(hào)成分和差模信號(hào)成分。

 

輸入信號(hào)A，B可分別表示為：A=m+n;B=m-n

 

則輸入信號(hào)A,B可以看成一個(gè)共模信號(hào) m 和差模信號(hào) n 的合成。

 

其中m=(A+B)/2;n=(A-B)/2。

 

差動(dòng)放大器將兩個(gè)信號(hào)作差，作為輸出信號(hào)。則輸出的信號(hào)為A-B，與原先兩個(gè)信號(hào)中的共模信號(hào)和差模信號(hào)比較，可以發(fā)現(xiàn)：

 

共模信號(hào)m=(A+B)/2不見了，而差模信號(hào)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(dòng)放大電路抑制共模信號(hào)的能力，常用共模抑制比作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來衡量，其定義為放大器對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)Aud與對(duì)共模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)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(hào)電壓放大倍數(shù)Aud越大，共模信號(hào)電壓放大倍數(shù)Auc越小，則CMRR越大。此時(shí)差分放大電路抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)，放大器的性能越好。當(dāng)差動(dòng)放大電路完全對(duì)稱時(shí)，共模信號(hào)電壓放大倍數(shù)Auc=0，則共模抑制比CCMR→∞，這是理想情況，實(shí)際上電路完全對(duì)稱是不存在的，共模抑制比也不可能趨于無窮大。

 

 

推薦閱讀：