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  • 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 Definitions
    Electrical 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?
  • 共模信号与差模信号辨析 差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。 对于一对信号线A、B,差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压,共模干扰相当于分别...

    共模信号与差模信号辨析


    差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。

    对于一对信号线A、B,差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压,共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压。

     

    像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声,原理很简单,两线拧在一起,受到的共模干扰电压很接近, Ua - Ub依然没什么变化,当然这是理想情况。比如,RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。

    实际应用中,温度的变化、各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号。但如果在传输过程中,两根线的对地噪声哀减的不一样大,使得两根线之间存在了电压差,这时共模噪声就转变成了差模噪声

     

    差分信号不是一定要相对地来说的,如果一根线是接地的,那他们的差值就是相对地的值了,这就是模拟电路中讲过的差分电路的单端输入情况。

    差分放大器,差模输入,差模是相对共模来说的。差分是一种方式。

     

    差模信号&共模信号 & 差分放大电路

    举例来说,假如一个ADC有两个模拟输入端,并且AD转换结果取决于这两个输入端电压之差,那么我们说这个ADC是差分输入的,并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反,甚至很多情况下是同符号的。(注:即不一定是一正一负)我们把它们的差叫做差模输入,而把它们共有的量(即平均值)叫做共模输入。

    差分是一种电路形式的叫法....
    差模是对信号的定义....(相对来说有共模..)

    差模信号:大小相等,方向相反的交流信号。

    共模信号:大小相等。方向相同。

     

    在差分放大电路中,经常提到共模信号和差模信号。在差分放大电路中共模信号是不会被放大的,可以理解为三极管的温漂引起的电流型号,为了形象化温漂而提出了共模信号,差模信号为输入信号,就是Ui,就是放大的对象。

    在差动放大电路中,有两个输入端,当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号,(这是有用的信号)放大器能产生很大的放大倍数,我们把这种信号叫做差模信号,这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等,相位相同的信号,(这实际是上一级由于温度变化而产生的信号,是一种有害的东西),我们把这种信号叫做共模信号,这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由于差动放大电路的构成特点,电路对共模信号有很强的负反馈,所以共模放大倍数很小。(一般都小于1)计算公式又分为单端输出和双端输出,所以有四个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。

     

    共模抑制比

    为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力,常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量,其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比,英文全称是Common Mode Rejection Ratio,因此一般用简写CMRR来表示。

    差模信号电压放大倍数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→∞,这是理想情况,实际上电路完全对称是不存在的,共模抑制比也不可能趋于无穷大。

     

    END

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  • 对于单电源供电电路,送入驱动放大器和ADC的输入信号应该偏置在VCM范围内,从而消除放大器和ADC的性能障碍,因为放大器和ADC不需要在0V保持低失真和高线性度。本应用笔记给出了一个用于RF正交解调器前端的直流耦合...
  • 电路基础之:差模信号共模信号

    万次阅读 多人点赞 2018-08-04 23:54:17
    电路基础之:差模信号共模信号 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...

    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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  • 差模信号共模信号

    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...

    一、
      我们需要的是整个有意义的“输入信号”,要把两个输入端vi+和 vi-看作“整体”。就像初中时平面坐标需要用 x,y 两个数表示,而到了高中或大学就只要用一个“数”v,但这个 v 是由 x,y 两个数构成的“向量”……
      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。

    二、
      差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。
      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。
      设有两个信号v1、v2,他们的共模信号为Vcom,差模信号为VDiff。
      共模信号:就是这两个信号共同拥有的那部分:(v1+v2)/2;
      差模信号:就是这两个信号各自拥有的那部分:对于v1,(v1-v2)/2;
    对于v2,-(v1-v2)/2;所以v1、v2分别表示为共模信号和差模信号之和。
      注:因为差模信号是相位相反的,所以(V1+V2)能将差模信号抵消掉,剩下的是共模信号的两倍,因此共模信号Vcom=(V1+V2)/2。每一个信号是共模信号与差模信号的和,所以对V1而言差模信号为V1-(V1+V2)/2 = (v1-v2)/2; 对V2而言差模信号为V2- (v1+v2)/2 = -(v1-v2)/2。

    三、
      差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等,在两线电缆传输回路,每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是:V1=-V2;其大小相等,相位差180°;VDIFF=V1-V2,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。差模干扰侵入往返两条信号线,方向与信号电流方向一致,其一种是由信号源产生,另一种是传输过程中由电磁感应产生,它和信号串在一起且同相位,这种干扰一般比较难以抑制。
      共模信号又称为对地感应信号或不对称信号,共模信号分量是VCOM,纯共模信号是:VCOM=V1=V2;大小相等,相位差为0°;V3=0。干扰信号侵入线路和接地之间,干扰电流在两条线上各流过二分之一,以地为公共回路;原则上讲,这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡,使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。

    四、
      对于一对信号线A、B,差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压,共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压;像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声,原理很简单,两线拧在一起,受到的共模干扰电压很接近, Ua - Ub依然没什么变化,当然这是理想情况。比如说,RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。
      实际应用中,温度的变化各种环境噪声的影响都可以视作为共模干扰,但如果在传输过程中,两根线的对地噪声衰减的不一样大,使得两根线之间存在了电压差,这时共模噪声就转变成了差模噪声。差分信号不是一定要相对地来说的,如果一根线是接地的,那他们的差值就是相对地的值了,这就是模拟电路中讲过的差分电路的单端输入情况。

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共模输入信号