电路基础之:差模信号与共模信号

2024-05-07 18:32

本文主要是介绍电路基础之:差模信号与共模信号,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

电路基础之:差模信号与共模信号

概述

​ 用简单的两线电缆,在它的终端接有负载阻抗,每一线对地的电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF,共模信号分量是VCOM,电缆和地之间存在的寄生电容是Cp。其电路如图1所示,其波形如图2所示。

两种信号的特点

差模分量:大小相等,相位相反

共模分量:大小相等,相位相同

差模信号

差模信号

两个大小相等、极性相反的一对信号称为差模信号。

差模输入差动放大电路输入差模信号时,称为差模输入。差模输入使两管的集电极电流一增一减,相应两管的集电极电位也一增一减,于是有输入电流出现。差模信号分量是VDIFF

纯差模信号是:V1=-V2(1)

大小相等,相位差是180°。

VDIFF=V1-V2(2)

因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过。所有的差模电流(IDIFF)全流过负载。

在以电缆传输信号时,差模信号是作为携带信息“想要”的信号。局域网(LAN)和通信中应用的无线收发机的结构中安装的都是差模器件。两个电压(V1+V2)瞬时值之和总是等于零。

共模信号

共模信号

两个大小相等、极性相同的一对信号称为共模信号。

差动放大电路输入共模信号时,称为共模输入。

共模信号分量是VCOM

纯共模信号是:

V1=V2=VCOM(3)

大小相等,相位差为0°

V3=0(4)

共模信号的电路如图3所示,其波形如图4所示。

因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载。所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时,因为共模信号不携带信息,所以它是“不想要”的信号。

两个电压瞬时值之和(V1+V2)不等于零。相对于地而言,每一电缆上都有变化的电位差。这变化的电位差就会从电缆上发射电磁波。

共模抑制比

定义:输入端口短路线中点对地加电压和输入端口两点之间电压的比。

共模抑制比用作描述信号接收器输入端口对地平衡度的一个参数。

CMRR=|Aud/Auc|,其中Aud为差模信号放大倍数,Auc为共模信号放大倍数。

​ 差模信号放大倍数Aud越大,共模信号电压放大倍数Auc越小,则CMRR越大。此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强,放大器的性能越好。当差动放大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Auc=0,则共模抑制比CCMR趋近于无穷。这是理想状况,实际上电路完全对称是不存在的,共模抑制比也不可能趋向于无穷大。

EMC

​ 在对绞电缆线中的每一根导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的电流所产生的磁场受螺旋形的制约。流过对绞线中每一根导线的电流方向,决定每对导线发射噪音的程度。在每对导线上流过差模和共模电流所引起的发射程度是不同的,差模电流引起的噪音发射是较小的,所以噪音主要是由共模电流决定。简单的说,差模信号是两根线之间的噪声差,共模信号是两根线分别对地的噪声。

对绞线中的差模信号

对绞线中的差模信号

​ 对纯差模信号而言,它在每一根导线上的电流是以相反方向在一对导线上传送。如果这一对导线是均匀的缠绕,这些相反的电流就会产生大小相等,反向极化的磁场,使它的输出互相抵消。在无屏蔽对绞线系统中的差模信号如图5所示。

​ 在无屏蔽对绞线中,不含噪音的差模信号不产生射频干扰。

对绞线中的共模信号

对绞线中的共模信号

​ 共模电流ICOM在两根导线上以相同方向流动,并经过寄生电容Cp到地返回。在这种情况下,电流产生大小相等极性相同的磁场,它们的输出不能相互抵消。如图6所示,共模电流在对绞线的表面产生一个电磁场,它的作用正如天线一样。

​ 在无屏蔽对绞线中,共模信号产生射频干扰。

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