精华内容
下载资源
问答
  • 本文主要介绍了差模信号和共模信号定义
  • 共模信号与差模信号(差分信号)

    千次阅读 2020-11-22 17:51:20
    共模信号与差模信号(差分信号) 共模、差模、共模信号、差模信号(即差分信号)、共模干扰、差模干扰,一直分不清,百度了解一番。 共模和差模这两个词可以认为是一种位置概念理解。共模是指1、2与GND的关系,而差...

    共模信号与差模信号(差分信号)

    共模、差模、共模信号、差模信号(即差分信号)、共模干扰、差模干扰,一直分不清,百度了解一番。

    在这里插入图片描述
    共模和差模这两个词可以认为是一种位置概念理解。共模是指1、2与GND的关系,而差模指的是1和2之间的关系。
    形象的说:共模干扰就是两个人同时向前或者同时向后在推你,而差模干扰则是两个人一前一后在拉你。

    在这里插入图片描述

    signal1和signal2对Gnd而言是共模信号

    共模信号和差模信号这两个概念多用于差分电路如(差分放大电路)。

    若1的电压为V1,2的电压为V2,则1和2的共模信号都为 V 1 + V 2 2 \frac {V1+V2} {2} 2V1+V2,1的差模信号为 V 1 − V 2 2 \frac{V1 - V2}{2} 2V1V2 ,2的差模信号为 V 2 − V 1 2 \frac{V2-V1}{2} 2V2V1

    每根信号线兼具共模信号和差模信号两个参数,每个信号的共模信号与差模信号之和为自己,如(V1=1的共模+1的差模)=( V 1 + V 2 2 \frac{V1+V2}{2} 2V1+V2+ V 1 − V 2 2 \frac{V1-V2}{2} 2V1V2 )。

    单独一根信号线没法谈共模差模,两根信号线才会有差模信号共模信号的说法,分别描述了这两根信号线电位与地线电位之差和这两根信号线电位之差。

    共模干扰就是指两条信号线与地之间的干扰信号,差模干扰就是两条信号线间的干扰信号。

    来源一般有两种:
    1、传导干扰主要就是地线电位不稳定带来干扰,地线电位如果发生浮动,那地线与信号线间的电压就会不稳定也就是共模电压不稳定,即产生了共模干扰。若两根线上的共模干扰电压不一致则还会使这两根信号线的差值发生浮动,引起差模干扰。我们常将信号线做成双绞线的原因就是让两根信号线的空间位置相对接近使它俩的共模干扰电压一致从而尽可能的消除了差模干扰,如果我们想得到的是信号线的差值,这样做就会大大减小误差。
    2、空间耦合干扰空间中变化的电磁场在信号线上产生压降带来共模和差模干扰。

    电平信号(亦叫单端信号,TTL电平信号)与差分信号的区别:
    电平信号:只要一根线就可以信号,这种信号容易受干扰,信号只参考GND,1为高电平。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    电平信号与差分信号都是可以传输1和0,但差分会更稳定,更常用。

    平衡信号与非平衡信号的定义

    在音频设备间传输的音频信号,可大致分成两类,平衡信号和非平衡信号。声波转变成电信号后,如果直接传送就是非平衡信号,如果把原始信号反相(相位差为180 度),然后同时传送反相的信号和原始信号,就叫做平衡信号(从单端变成了差分)。

    对于专业音频设备,平衡接口的统一信号电压是,当接口(无论输入还是输出)电平是机器的0VU的时候,端子的电平必须是+4dBu(相当于1.228V)
    0VU是个参考点,电平表一般就分为VU表和ppm表,vu显示信号有效值,体现信号整体响度。ppm显示峰值,体现信号的最大电平。卡座数字电平表应该是混合表。ppm:parts per million,百万分之多少

    展开全文
  • 电路基础之:差模信号与共模信号

    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...

    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。

    展开全文
  • 差分信号、共模信号

    千次阅读 2018-11-17 18:57:12
    差分信号又称差模信号,是相对共模信号而言的。 主要内容  差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统...

    定义

      差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。差分信号又称差模信号,是相对共模信号而言的。

    主要内容

      差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里,系统'地'被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面,一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要,这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻,差分信号就好比是跷跷板上的两个人,当一个人被跷上去的时候,另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推,正值可以表示左边的人比右边的人高,而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。 图1 用跷跷板表示的差分信号 应用到电学上,这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

    特点

      从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里,"系统地"被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面,一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要,这两个电压的平均值还是会经常保持一致。  可以想象,这两个导体上被同时加入的一个相等的电压,也就是所谓共模信号,对一个差分放大系统来说是没有作用的,也就是说,尽管一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏,但它却可以对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。这个指标叫做差分放大器的共模抑制比(CMRR),一般的运算放大器可以达到90db以上,高精度运放甚至达到120db。因为干扰信号一般是以共模信号的形式存在,所以差分信号的应用极大地提高了放大器系统的信噪比。  我们来对差分信号做一下比喻,差分信号就好比是跷跷板上的两个人,当一个人被跷上去的时候,另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推,正值可以表示左边的人比右边的人高,而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。用跷跷板表示的差分信号,应用到电学上,这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

    优点

      当不采用单端信号而采取差分信号方案时,我们用一对导线来替代单根导线,增加了任何相关接口电路的复杂性。那么差分信号提供了什么样的有形益处,才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢?  差分信号的第一个好处是,因为你在控制'基准'电压,所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准,单端信号方案的系统里,测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远,他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关,而在某一范围内。  差分信号的第二个主要好处是,它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。  差分信号提供的第三个好处是,在一个单电源系统,能够从容精确地处理'双极'信号。为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度,而无须依赖虚地的稳定性。

    作用

      对差分信(VDS)号而言,对其影响最大的因素是它们的对地阻抗是否一致,也就是对地平衡度,它们之间相对的阻抗影响并不特别重要,之间分布电容大了只会衰落信号强度,不会引入噪声和干扰,也就是对信噪比不会产生很大影响。  差分信号只是使用两根信号线传输一路信号,依靠信号间电压差进行判决的电路,既可以是模拟信号,也可以是数字信号。实际的信号都是模拟信号,数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。  一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里,系统“地”(GND)被用作电压基准点。当“地”当作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。  VDS不是传输速率快,是抗干扰能力强。有信号时,一棵线电压+V,另一棵线电压-V,接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V。外界的干扰信号在两棵线上的是同样幅度和极性的+v信号,在接收端差值的过程中互相抵消了。由于抗干扰能力强,数字信号不易出错,可以避免因校验出错引起的重发,从这个意义上说差分信号传输速率。  差分的概念在《模拟电路》课程里已经学习过了。差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号,差分信号用于传输有用的信号。共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号,共模信号往往来自于外部干扰。差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用,而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。  差分传输的信号能够对外部干扰能够起到很强的抗干扰能力。  原始的输入信号经过倒相器和缓冲器之后形成一对大小相等而极性相反的差分信号。对模拟信号,倒相器可以用运算放大器的反相比例放大电路来实现,缓冲器可以用运算放大器的同相跟随电路来实现。对数字信号,可以分别用“非门”逻辑和同相缓冲器来实现。  差分信号在PCB(印制线路板)上被安排成“密近平行线”(PCB布线要领!),用电缆连接两台设备时则采用并行排线或双绞线。在差分信号传输过程中会遇到外部干扰信号,但是,由于两根差分信号线始终在一起,因此干扰信号一般都会同时作用在两根信号线上,形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号。  到了接收端,差分放大器只对差分信号(有用信号)敏感,而对共模信号(干扰信号)形成抑制。这样,差分传输的信号就具备了很强的抗干扰能力,因此特别适用于中远距离通信或高速通信。相比之下,UART的两根信号线TXD和RXD就不适合于远距离通信,因为不是差分信号,所以一旦遇到外部干扰,信号就会严重畸变,在接收端因无法区分有用信号的和干扰信号而会形成大量的误码。

    与单端走线的比较

      差分信号与传统的一根信号线一根地线(即单端信号)走线的做法相比,其优缺点分别是:  优点:  1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上,而其差值为0,即,噪声对信号的逻辑意义不产生影响。  2、能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等,这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等,同时他们的信号极性相反,其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。  3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点,作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点,受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大,不适合低幅度的信号。  缺点:  若电路板的面积非常紧张,单端信号可以只有一根信号线,地线走地平面,而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小,以至于只能穿过一根走线的情况下。

    PCB 差分信号设计中几个常见的误区

    误区一

      认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。造成这种误区的原因是被表面现象迷惑,或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线和普通的单端走线的机理是一致的,即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路.在PCB 电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占 10~20%的耦合度,更多的还是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还是会降低差分信号的质量,增加 EMI,要尽量避免。也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论上看这种做法是不可取的,阻抗如何控制?不给共模信号提供地阻抗回路,势必会造成 EMI 辐射,这种做法弊大于利。

    误区二

      认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB布线中,往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布,过孔,以及走线空间等因素存在,必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的,但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行。PCB 差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。

    误区三

      认为差分走线一定要靠的很近。让差分走线靠近无非是为了增强他们的耦合,既可以提高对噪声的免疫力,还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。虽说这种做法在大多数情况下是非常有利的,但不是绝对的,如果能保证让它们得到充分的屏蔽,不受外界干扰,那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰和抑制 EMI 的目的了。如何才能保证差分走线具有良好的隔离和屏蔽呢?增大与其它信号走线的间距是最基本的途径之一,电磁场能量是随着距离呈平方关系递减的,一般线间距超过4 倍线宽时,它们之间的干扰就极其微弱了,基本可以忽略。此外,通过地平面的隔离也可以起到很好的屏蔽作用,这种结构在高频的(10G 以上)IC 封装PCB 设计中经常会用采用,被称为CPW结构,可以保证严格的差分阻抗控制(2Z0)。  差分走线也可以走在不同的信号层中,但一般不建议这种走法,因为不同的层产生的诸如阻抗、过孔的差别会破坏差模传输的效果,引入共模噪声。此外,如果相邻两层耦合不够紧密的话,会降低差分走线抵抗噪声的能力,但如果能保持和周围走线适当的间距,串扰就不是个问题。在一般频率(GHz 以下),EMI 也不会是很严重的问题,实验表明,相距 500Mils 的差分走线,在3 米之外的辐射能量衰减已经达到 60dB,足以满足 FCC电磁辐射标准,所以设计者根本不用过分担心差分线耦合不够而造成电磁不兼容问题。

    误区四

      差分曼切斯特编码并不是差分信号的一种,它指的是用在每一位开始时的电平跳变来表示逻辑状态“0”,不跳变来表示逻辑状态“1”。但每一位中间的跳变是用来做同步时钟,没有逻辑意义。

    误区五

      双绞线上面走的不一定是差分信号,单端信号在双绞线上的电磁辐射也比平行走线的辐射小。

    优势和布线策略

      布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合,这种互相之间的耦合会减小EMI发射,差分信号线的主要缺点是增加了PCB的面积,本文介绍电路板设计过程中采用差分信号线布线的布线策略。 众所周知,信号存在沿信号线或者PCB线下面传输的特性,即便我们可能并不熟悉单端模式布线策略,单端这个术语将信号的这种传输特性与差模和共模种信号传输方式区别开来,后面这两种信号传输方式通常更为复杂。 差分和共模方式 差模信号通过一对信号线来传输。一个信号线上传输我们通常所理解的信号;另一个信号线上则传输一个等值而方向相反(至少在理论上是这样)的信号。差分和单端模式最初出现时差异不大,因为所有的信号都存在回路。 单端模式的信号通常经由一个零电压的电路(或者称为地)来返回。差分信号中的每一个信号都要通过地电路来返回。由于每一个信号对实际上是等值而反向的,所以返回电路就简单地互相抵消了,因此在零电压或者是地电路上就不会出现差分信号返回的成分。 共模方式是指信号出现在一个(差分)信号线对的两个信号线上,或者是同时出现在单端信号线和地上。对这个概念的理解并不直观,因为很难想象如何产生这样的信号。这主要是因为通常我们并不生成共模信号的缘故。共模信号绝大多数都是根据假想情况在电路中产生或者由邻近的或外界的信号源耦合进来的噪声信号。共模信号几乎总是“有害的”,许多设计规则就是专为预防共模信号出现而设计的。 差分信号线的布线 通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号,所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线,特别是设计传输线这样的信号线时更是如此。这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线,以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数。 在差分线对的布局布线过程中,我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致。这就意味着,在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一样的阻抗并且布线的长度也完全一致。差分PCB线通常总是成对布线,而且它们之间的距离沿线对的方向在任意位置都保持为一个常数不变。通常情况下,差分线对的布局布线总是尽可能地靠近。 差分信号的优势 单端信号通常总是参照某种“参考”电平。这种“参考”电平可能是一个正值电压也可能是地电压、一个器件的阈值电压、或者是其它什么地方的另外一个信号。而另一方面差分信号则总是参照该差分线对中的另一方。也就是说,如果一个信号线(+信号)上的电压高于另一个信号线(-信号)上的电压,那么我们就可以得到一种逻辑状态;而如果前者低于后者那么我们就可以得到另外的一种逻辑状态,。 差分信号具有如下几个优点:1. 时序得到精确的定义,这是由于控制信号线对的交叉点要比控制信号相对于一个参考电平的绝对电压值来得简单。这也是需要精确实现差分线对等长布线的一个理由。如果信号不能同时到达差分线对的另一端的话,那么源端所能够提供的任何时序的控制都会大打折扣。此外,如果差分线对远端的信号并非严格意义上的等值而反向,那么就会出现共模噪声,而这将导致信号时序和EMI方面的问题。2. 由于差分信号并不参照它们自身以外的任何信号,并且可以更加严格地控制信号交叉点的时序,所以差分电路同常规的单端信号电路相比通常可以工作在更高的速度。 由于差分电路的工作取决于两个信号线(它们的信号等值而反向)上信号之间的差值,同周围的噪声相比,得到的信号就是任何一个单端信号的两倍大小。所以,在其它所有情况都一样的条件下,差分信号总是具有更高的信噪比因而提供更高的性能。 差分电路对于差分对上的信号电平之间的差异非常灵敏。但是相对于一些其它的参考(尤其是地)来说,它们对于差分线上的绝对电压值却不敏感。相对来说,差分电路对于类似地弹反射和其它可能存在于电源和地平面上的噪声信号等这样的问题是不敏感的,而对共模信号来说,它们则会完全一致地出现在每一条信号线上。 差分信号对EMI和信号之间的串扰耦合也具有一定的免疫能力。如果一对差分信号线对的布线非常紧凑,那么任何外部耦合的噪声都会相同程度地耦合到线对中的每一条信号线上。所以耦合的噪声就成为“共模”噪声,而差分信号电路对这种信号具有非常完美的免疫能力。如果线对是绞合在一起的(比如双绞线),那么信号线对耦合噪声的免疫能力会更强。由于不可能在PCB上很方便地实现差分信号的绞合,那么尽可能地将它们的布线靠近在一起就成为实际应用中一种非常好的办法。 布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合。这种互相之间的耦合会减小EMI发射,特别是同单端PCB信号线相比。可以这样想象,差分信号中每一条信号线对外的辐射是大小相等而方向相反,因此会相互抵消,就像信号在双绞线中的情况一样。差分信号在布线时靠得越近,相互之间的耦合也就越强,因而对外的EMI辐射也就越小。 差分电路的主要缺点就是增加了PCB线。所以,如果应用过程中不能发挥差分信号的优点的话,那么不值得增加PCB面积。但是如果设计出的电路性能方面有重大改进的话,那么增加的布线面积所付出的代价就是值得的。

    展开全文
  • 一、差模信号、共模信号、共模抑制比 差模又称串模:指的是两根线之间的信号差值。 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...

    一、差模信号、共模信号、共模抑制比

    差模又称串模:指的是两根线之间的信号差值。
    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、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…)
    差动=差分
    回答: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。

    二、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。

    定义表达式:
    CMMRR=Aud/Auc;

    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。

    三、阻抗匹配

    1、输入阻抗
    输入阻抗是指一个电路的输入端的等效阻抗。可以理解为在输入端加上电压源U,测量输入端电流I,输入阻抗Rin就等于U/I(将所有电路元件作用的效果总和,等效到一个电阻Rin上)

    2、输出阻抗
    无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是信号源的内阻。

    3、阻抗匹配
    常把对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗单位为欧姆,常用Z表示,是一个复数Z= R+i( ωL–1/(ωC))。具体说来阻抗可分为两个部分,电阻(实部)和电抗(虚部)。其中电抗又包括容抗和感抗,由电容引起的电流阻碍称为容抗,由电感引起的电流阻碍称为感抗。
    复数表示方法
    阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用,调整负载功率和抑制信号反射。

    ● 调整负载功率
    假定激励源已定,那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路,由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略,此时电路的阻抗来源主要为电阻。如图2所示,电路中电流I=U/(r+R),负载功率P=IIR。由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值,Pmax=UU/(4r)
    在这里插入图片描述
    ● 抑制信号反射
    当一束光从空气射向水中时会发生反射,这是因为光和水的光导特性不同。同样,当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。波长与频率成反比,低频信号的波长远远大于传输线的长度,因此一般不用考虑反射问题。高频领域,当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠,影响信号质量。通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。
    在这里插入图片描述
    正常信号
    在这里插入图片描述
    异常信号

    四 . 阻抗匹配的方法

    阻抗匹配的方法主要有两个,一是改变组抗力,二是调整传输线。

    改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值,以达到源和负载阻抗匹配。

    调整传输线是加长源和负载间的距离,配合电容和电感把阻抗力调整为零。此时信号不会发生发射,能量都能被负载吸收。高速PCB布线中,一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线(差分)为85-100欧姆。

    五. 阻抗匹配的应用

    ● 功放与音箱

    无论是定阻抗式还是定电压式输出的功放,只有喇叭的总功率和功放的总功率相等时才能得到最佳的工作状态。音箱系统若要完全达到匹配是非常困难的,它的音频成分总是在不停的变化,好在音箱系统对阻抗匹配度要求并不高。最常见到的喇叭阻抗的标示值是8欧姆,它表示当输入1KHz的正弦波信号,它呈现的阻抗值是八欧姆;或者是在喇叭的工作频率响应范围内,平均阻抗为8欧姆。
    在这里插入图片描述
    ● PCB走线

    高频领域中,信号频率对PCB走线的阻抗值影响非常大。一般来说当数字信号边沿时间小于1ns或者模拟信号频率超过300M时就要考虑阻抗问题。PCB走线阻抗主要来自寄生的电容、电阻、电感系数,主要因素有材料介电常数、线宽、线厚乃至焊盘的厚度等。PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆,USB、 LVDS、 HDMI、 SATA等一般要做85-100欧姆阻抗控制。
    在这里插入图片描述
    ● 天线设计

    研究天线阻抗的主要目的是为实现天线和馈线间的匹配。发射信号时应使发射天线与馈线的特性阻抗相等,以获得最好的信号增益。接收信号时天线与负载应做共轭匹配,接收机(负载)阻抗一般认为只有实数部分,因此需要用匹配网络来除去天线的电抗部分并使它们的电阻部分相等。图7为天线阻抗匹配时常用的π型网络,使用网络分析仪测量阻抗以确定 C1、C2、C3 的取值,完成阻抗匹配。
    在这里插入图片描述
    ● 终端匹配电阻

    在设计CAN总线、485总线时常需要在差分线两端加终端电阻(匹配电阻),以减少由特性阻抗突变造成的信号反射。如下图CAN总线网络,双绞线特性阻抗为120欧姆,若不加终端电阻两端直接悬空,空气的特性阻抗为无穷大。此时,极易出现图4所示的信号反射。
    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 共模信号 差模信号 差动放大器

    千次阅读 2012-08-14 22:17:59
    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...
  • 了解共模和差模信号之间的差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。共模扼流圈和自耦变压器的端接法,对在局域网(LAN)和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。
  • 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...
  • 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...
  • 差模信号与共模信号的理解

    千次阅读 2018-04-19 12:20:00
    1)差模信号:我们可以用STM32异步串口通信来讲解。 UART异步全双工串口通信原理图 ①MCU-1和MCU-2 两个单片机通信,识别A总线和B总线上的数据(0或1)是通过...
  •  ,掌握了放大器的共模抑制比参数的评估方法,不代表可以在应用电路对共模信号实现有效抑制。本篇解析放大器共模抑制比参数定义与其影响的评估方法,以及结合一个实际 讨论影响电路共模抑制的因素。 在讨论共模...
  • 彻底理解差模共模 输入信号

    万次阅读 2014-10-19 08:25:28
    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...
  • 本文解释了共模和差模信号定义和区别,及其噪音抑制的方法,是硬件设计中难的的资料
  • 讲差分线,信号的模态是一个绕不过去的话题。记得我在刚接触SI的时候,曾被这些概念弄得伤透...差分信号和共模信号定义对比如下: 图1和公式已经描述的很清楚了:在差分对中,差分信号被定义为两根单端信号的差值...
  • 那么先来说说共模信号与差模信号的定义及区别,看下图: 差模信号一般多用于差分电路中,两条差分线上电流方向相反,由其中一条差分线传递信号由一端出发到达另一端,另一条则从另一端返回信号到一端。 而共模信号...
  • 共模与差模

    2021-06-10 15:25:41
    我们先来看看是如何定义差模信号和共模信号的: **从一个系统的一对输入端看,若信号的极性相反(同样,电流的方向相反),这样的信号为差模信号。若信号的极性相同(同样,电流的方向也相同),这样的信号称为共模...
  • 共模干扰、差模干扰定义与消除

    万次阅读 2015-11-01 16:56:52
    电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类:共模干扰、差模干扰。 共模干扰(Common- mode Interference)...任何电源线上传导干扰信号,均可用差模和共模信号
  • 差模和共模

    千次阅读 2018-11-17 18:58:57
     首先是共模信号和差模信号的定义,差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模信号又称对地信号,指的是两根线分别对地的信号。  差模信号:大小相等,方向相反的信号,共模信号:大小相等,方向相同的...
  • 共模和差模的理解

    千次阅读 2019-08-06 17:09:20
    共模信号与差模信号 首先抛去概念,了解共模和差模的特点: 共模信号:双端输入时,两个信号相同,相位差为0。 差模信号:双端输入时,两个信号的相位差相差180° 任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。 这...
  • 共模抑制比

    2021-06-02 16:49:03
    1:共模抑制比 理想情况下,差分放大器差分电压V+和V-,在其两个输入端并产生输出电压...CMRR是一个非常重要参数,因为它表示您的测量中会出现多少共模信号。CMRR的值通常也取决于信号频率,并且必须指定为其功能。 ...
  • 共模干扰以及共模干扰消除方法

    万次阅读 2016-08-08 16:41:18
    共模干扰是什么?     共模   共模对于我们来说,似乎有些陌生,但它却存在于我们的...“共模”干扰的定义是指电源线对大地,或中线对大地之间的电位差。对于三相电路来说,共模干扰存在于任何一相与大地之间。共

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 2,458
精华内容 983
关键字:

共模信号的定义