• 彻底理解差模共模输入信号

万次阅读 2014-10-19 08:25:28
对于差动放大电路，左端输入信号A，相当于左端输入A/2+A/2，右端输入-A/2+A/2。相当于输入差模左右两端分别输入差模信号+A/2 -A/2，输入共模信号+A/2。右端输入B，相当于左端输入-B/2+B/2，右端输入B/2+B/2，相当于...
对于差动放大电路，左端输入信号A，相当于左端输入A/2+A/2，右端输入-A/2+A/2。相当于输入差模左右两端分别输入差模信号+A/2 -A/2，输入共模信号+A/2。右端输入B，相当于左端输入-B/2+B/2，右端输入B/2+B/2，相当于左右两端分别输入差模信号-B/2 +B/2，输入共模信号+B/2。两个合起来，相当于左右两端同时输入信号时A、B，所以从右边输入口来看，总的差模信号为[(+A)+(-B)]（为什么不是[(+A)/2+(-B)/2]?因为差模输入C时，左右分别输入+C/2、-C/2），总的共模信号为[(+A)/2+(+B)/2]（为什么不是[(+A)+(+B)]?因为定义共模输入C时，两端同时输入C，）。总结起来就是差模为差，共模为平均值。

共模电压(common mode voltage):在每一导体和所规定的参照点之间（往往是大地或机架）出现的相量电压的平均值。或者说同时加在电压表两测量端和规定公共端之间的那部分输入电压。差模电压(differential mode voltage)：一对导线上电压的差值；共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为 vi = (vi+ , vi-); 也可以表示为vi = (vic, vid)c 表示共模，d 表示差模。两种描述是完全等价的。只不过换了一个认识角度，就像几何学里的坐标变换，同一个点在不同坐标系中的坐标值不同，但始终是同一个点。Signal-Mode DefinitionsElectrical signals carried on cables can be described as normal mode, differential mode, or common mode.A normal-mode signal is any type (other than common mode) that appears between a pair of wires, or on a single wire referenced to (or returned through) the earth, chassis, or shield. Normal-mode signals are read between two wires in a balanced or unbalanced transmission path. (For a balanced 2-wire path, one wire is driven positive while the other is driven negative by an equal amount, both with respect to a static or no-signal condition in which both lines assume the same voltage level relative to circuit common.)A differential-mode signal appears differentially on a pair of wires in an ungrounded cable configuration.A common-mode signal appears equally (with respect to local circuit common) on both lines of a 2-wire cable not connected to earth, shield, or local common. Usually, but not always, this is an unwanted signal that should be rejected by the receiving circuit. Common-mode voltage (VCM) is expressed mathematically as the average of the two signal voltages with respect to local ground or common:  Vcm = (Va＋Vb)/2
Figure shows a 3V differential-mode signal riding on a 2.5V common-mode signal. The DC offset is typical of differential-mode data transmitters operating from a single supply. The common-mode voltage can be AC, DC, or a combination of AC and DC. (Figure represents the simplest case, a DC common-mode voltage with no AC component.)


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• 这两种差别在哪里? 是不是运放工作在深度负反馈状态，两输入端“虚短”，信号都成为共模信号了?
• 共模电压=(Vp+Vn)/2 Vp、Vn分别是运放的正相输入和反相输入电压 你的电路是个跟随器Vn约等于Vp，所以共模电压就是信号源的输出电压

共模电压=(Vp+Vn)/2Vp、Vn分别是运放的正相输入和反相输入电压你的电路是个跟随器Vn约等于Vp，所以共模电压就是信号源的输出电压

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• 共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号共模信号：双端输入时，两个信号相同。 差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。 任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。设两路的输入信号...
   共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。 共模信号：双端输入时，两个信号相同。 差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。 任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。设两路的输入信号分别为： A,B.m,n分别为输入信号A，B的共模信号成分和差模信号成分。输入信号A，B可分别表示为：A=m+n；B=m-n则输入信号A,B可以看成一个共模信号 m 和差模信号 n 的合成。其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。差动放大器将两个信号作差，作为输出信号。则输出的信号为A-B，与原先两个信号中的共模信号和差模信号比较，可以发现：共模信号m=(A+B)/2不见了，而差模信号n=(A-B)/2得到两倍的放大。这就是差模放大器的工作原理。

简化的双端输入运算放大器模型。运算放大器将$V_+$和$V_-$之间的差模信号进行运算处理，而对共模信号进行抑制衰减。图中$V_{S+}$和$V_{S-}$分别提供正负直流电压保证运算放大器的静态工作点。

共模抑制比（英语：common-moderejection
ratio, CMRR）是差分放大器（或者其他电子器件）的一个用于衡量其抑制两端输入信号共模部分的一个参数。在实际应用中，例如，当有用信号为低电压信号且叠加在一个可能较高的电压补偿，或者是相关信息表示为在两个信号的差值时，较高的共模抑制比就十分重要。
理想状态下，一个差分放大器两个输入端分别输入$V_+$和$V_-$，输出$V_\mathrm{o}=A_\mathrm{d}(V_+ - V_-)$，这里d$A_\mathrm{d}$为差模增益。然而，现实中的差分放大器用下式表示更佳：
$V_{\mathrm{o}} = A_\mathrm{d} (V_+ - V_-) + \frac{1}{2} A_\mathrm{cm} (V_+ + V_-)$这里$A_\mathrm{cm}$是共模增益，通常情况远小于差模增益。
共模抑制比定义为差模增益与共模增益的比值：
$K = \frac {A_d}{A_c}$其中，$A_d$为差分放大器的差模增益，$A_c$为共模增益。
如果使用对数，则共模抑制比可以用分贝值来表示[1]：
$\mathrm{CMRR} = 10\log_{10} \left (\frac{A_\mathrm{d}}{A_\mathrm{cm}} \right)^2 = 20\log_{10} \left (\frac{A_\mathrm{d}}{|A_\mathrm{cm}|} \right)$由于差模增益一般远大于共模增益，共模抑制比是一个正数。
共模抑制比是一个很重要的产品参数，它表示了通过放大器的共模信号的抑制与衰减的情况。其值通常也取决于信号本身的频率，因此严格来说必须表示为一个函数[2]。
抑制共模信号在信号传输中降低噪声信号十分重要。例如，在噪声环境中测量热电偶的阻抗时，环境中的噪声同时输入两个端口，造成一个共模的噪声信号。测量仪器的共模抑制比决定了其对噪声或者补偿的衰减。

差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。

目录

差分放大电路基本状态

差分放大电路

[1]
(a)射极偏置差放 (b)电流源偏置差放

差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。

（a） 电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-VEE用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+VCC，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，RL为外接负载电阻。

基本状态
差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。此时，外输入信号称为差模输入信号，以vId表示，且有:

当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示，且 :

当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。

(1)对差模输入信号的放大作用

当差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vI1=－vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1－vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起(负反馈)作用。

(2)对共模输入信号的抑制作用

当共模信号vIc输入(差模信号vId=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压voc1、voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=voc1－voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。


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• 共模信号_共模和差模的区别

千次阅读 2019-11-13 13:40:35
共模信号是作用在差分放大器或仪表放大器同相、反相输入端的相同信号。例如，平衡线对中引入到两个平衡端的噪声电压。另外一个例子是加在平衡线上的直流电压（例如：由于信号源与接收器之间的地电位差而产生的直流...
什么叫共模信号

共模信号是作用在差分放大器或仪表放大器同相、反相输入端的相同信号。例如，平衡线对中引入到两个平衡端的噪声电压。另外一个例子是加在平衡线上的直流电压（例如：由于信号源与接收器之间的地电位差而产生的直流电平）。对于理想的差分放大器，可以完全消除共模信号输出，这是由于差分输入（同相和反相）抵消掉了相同的输入成分。衡量这一特性的参数称为共模抑制比或CMRR。

共模信号产生的原因

共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压音遍较高，有的可高达130V以上。通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因）。这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

共模信号主权

一种共模信号抑制电路，用来抑制在2根导线中以相同相位传输的共模信号。其特征在于：第1绕组，在规定的第1位置处插入在一根导线上；第2绕组，在与上述第1位置相对应的第2位置处插入在另一根导线上并耦合到上述第1绕组上，与上述第1绕组协同来抑制上述共模信号；第3绕组，耦合到上述第1绕组和第2绕组上，用来使上述第1绕组和第2绕组之间产生互感；以及反相信号传送装置，连接在［上述第3绕组上并在与上述第1位置不同的第3位置处连接在上述一根导线上，进而在与上述第3位置对应、与上］述第2位置不同的第4位置处连接在上述另一根导线上，传送用以抑制上述共模信号的反相信号，上述共模信号的产生源，除了第1位置和第3位置之间的位置及第2位置和第4位置之间的位置之外，当位于比接近第1和第2位置更接近第3和第4位置的位置时。

上述反相信号传送装置检测共模信号，并将与检测到的共模信号反相的上述反相信号供给到上述第3绕组，上述第3绕组经由上述第1绕组和第2绕组，将上述［反相信号注入到上述2根导线，上述共模信号的产生源，除了第1位置和第3位置之间的位置及第2位置和第4位置］之间的位置之外，当位于比接近第3和第4位置更接近第1和第2位置的位置时，上述第3绕组检测共模信号，上述反相信号传送装置将与由上述第3绕组检测到的共模信号反相的上述反相信号注入到上述2根导线。

共模和差模的区别

1、共模干扰和差模干扰

电压电流的变化通过导线传输时有二种形态，我们将此称做“共模”和“差模”。设备的电源线，电话等的通信线，与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路，至少有两根导线，这两根导线作为往返线路输送电力或信号。但在这两根导线之外通常还有第三导体，这就是“地线”。干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别做为往返线路传输；另一种是两根导线做去路，地线做返回路传输。前者叫“差模”，后者叫“共模”。对差分放大器，两路输入的干扰信号，如果是大小不相等，或方向不相同，即为差模干扰信号。

通常我们使用的电器是两线的，一根火线（L），一根零线（N），零线认为是三相电的中线，同时还有一根接地线叫做地线，。零线与火线之间的干扰叫做差模干扰，火线与地线之间的干扰叫做共模干扰。地与零线之间认为是没有电压的，或者可以认为是零线没有电压，不能驱动电器，因此认为零线与地线之间没有干扰。

2、共模残压和共模残压

共模电压（commonmodevoltage）：在每一导体和所规定的参照点之间（往往是大地或机架）出现的相量电压的平均值。或者说同时加在电压表两测量端和规定公共端之间的那部分输入电压。

差模电压（symmetricalvoltage）：一组规定的带电导体中任意两根之间的电压。使差模电压又称对称电压。

在规定波形，标称放电电流冲击氧化锌阀片，阀片两端测到的电压峰值，称为残压。残压与压敏电压的比值，残压比。雷击，闪电会在输入/输出电源线上产生瞬间高压，大电流，影响用户设备稳定运行，严重时会造成设备损坏。避雷器按接法分可分为共模接法和差模接法两种：避雷器接在相线之间或相线与零线之间称为差模接法，即所谓横向保护。避雷器接在相线与地线之间或零线与地线之间称为共模接法，即所谓纵向保护。

3、共模信号和差模信号

共模信号是差分放大器的名词，“放大电路中只有一个输入端”就没有共模信号这个概念。

差分放大器有两个性能趋于一致、相位相反的信号通道，如传感器信号从远方传回差分放大器，两根信号线是一起经历相同的干扰环境，那么，干扰信号会同时进入两个通道，这个同时加载在正、负两个输入端的信号就是共模信号，而差分放大器最重要的性质就是不会对共模信号进行放大，即：ui=（ui+）-（ui-），可见共模信号不会输入放大器的。而传感器输出的有效信号本身是反相的，差分放大器就可以有效地进行放大，即：ui=（ui+）-（ui-），（ui-）的信号本身就是负的，负负得正，ui=2*（ui+）=2*（ui-）。

4、共模干扰和差模干扰

电压电流的变化通过导线传输时有二种形态，我们将此称做“共模”和“差模”。设备的电源线，电话等的通信线，与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路，至少有两根导线，这两根导线作为往返线路输送电力或信号。但在这两根导线之外通常还有第三导体，这就是“地线”。干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别做为往返线路传输;另一种是两根导线做去路，地线做返回路传输。前者叫“差模”，后者叫“共模”。

共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括：

（1）采用屏蔽双绞线并有效接地

（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽

（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线

（4）不要和电控锁共用同一个电源

（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源（纹波干扰小于50mV）

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• 差模信号与共模信号

千次阅读 2019-03-26 14:59:25
我们需要的是整个有意义的“输入信号”，要把两个输入端...  而共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为vi = (vi+, vi-) 也可以表示为 vi = (vic, vid) 。c 表示共模，d 表示差模。两种描述...
• 差模信号是指在差动放大电路两个输入端分别加入幅度相等而极性相反的信号共模信号则是在差动放大电路的输入端接入幅度相等、极性相同的信号
• 所谓同相比例运放也就是输入信号在同相端，而同相比例运放满足负反馈，即满足虚短和虚断，根据虚短，U+ = U- ，而U+ = Uin，所以共模信号= (U+ + U-)/2 = Uin。
• 9-5 何谓差模信号？何谓共模信号？若在差动放大电路的一个输入端上加上信号Ui1=4mV，而在另一个输入端加入信号Ui2，当Ui2分别为... ...共模信号则是在差动放大电路的输入端接入幅度相等、极性相同的信号
• 差分放大电路及其共模抑制特性。从对双端输入信号的差模和共模分解出发，提出差分放大电路不但能进行差分放大，而且具有共模抑制能力。
• 其原因很可能就是输入共模电压限制或者输出电压摆幅限制。本文章涵盖运算放大器的输入共模电压限制和输出电压摆动限制的理论和相关理论的电路仿真。问题引出如上图所示仿真图输出信号削波如上图所示，电路是一个同相...
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• 羞分放大电路的单端输入信号，经差分管的发射极耦合传输，在输入回路可等效变换为差模输入信号、共模输入信号的叠加，且等效变换时与发射极电阻Re取值大小无关，Re取值大小反映了对其模输入信号的抑制程度。...
• 差分放大电路及其共模抑制特性。从对双端输入信号的差模和共模分解出发，提出差分放大电路不但能进行差分放大，而且具有共模抑制能力。 　可见差分放大后的输出消除了传输过程中引入的噪声干扰。 来源:神秘
• （百度百科：http://baike.baidu.com/view/2018086.htm） 共模信号是作用在差分放大器或仪表放大器同相、反相输入端的相同信号。...　对于理想的差分放大器，可以完全消除共模信号输出，这是由于差分输入(同相和
• 羞分放大电路的单端输入信号，经差分管的发射极耦合传输，在输入回路可等效变换为差模输入信号、共模输入信号的叠加，且等效变换时与发射极电阻Re取值大小无关，Re取值大小反映了对其模输入信号的抑制程度。
• 共模信号：大小相同方向相同的信号 差模信号：大小相同方向相反的信号 差分放大电路是怎么构成的？ 在阻容式耦合电路里面，在射极加了电阻Re之后虽然可以很好的抑制零点漂移也就是Q点的浮动，但是阻容式耦合还在Re...
• 以前的设计方案阐明了一个通常困扰模拟设计者的处理方法：讨厌的接地回路。...然而，CMV如果由纯交流噪声组成，一个不同的CMV修正方案——有源传导消除——双向工作，且因此抵消输入和输出信号上的CMV误差成分。
• 用低压电子器件监控电力线电压或其它大信号有两种常用解决方案：一种是用高电阻分压器衰减输入，后接一个运算放大器作为缓冲器（图1a）；另一种是使用高输入阻抗的反相运算放大器（图1b）。这些方法有几个缺点：主要...
• 在选择一款运放时，记住输入共模电压区间是最需懂得的重要规格。如果器件的输入无法接受输入信号的电平或范围，则输出端就会遇到麻烦。先处理好这个重要细节，则以后当电路正确工作时，你就会赞赏自己的选择。
• 差分放大电路这是双端输入、双端输出的差分放大电路，什么叫双端、单端我想大家应该是知道的。今天我们讲的内容一般是基于此的。单端信号单端信号就是只用一根线传输信号，外加一根参考线，也就是地线，如下图所示。...
• 差模信号：幅度相等，相位相反的信号 共模信号：幅度相等，相位相同的信号   结构：共模电感线圈，绕制在同一铁芯上，匝数和相位相同，绕制方向相反。  作用——衰减共模电流：——共模电流的同向性，会在线圈...

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