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電路基礎篇:共模訊號和差模訊號的理解方法

噪聲傳導有兩種模式,一種為差模傳導,一種為共模傳導。

線路中的噪聲電流進入和流出,相同大小的電流以相反方向流動,總和始終為零,這種稱之為差模傳導。

電路基礎篇:共模訊號和差模訊號的理解方法

線路中的噪聲電流以相同的方向流動,線路承受著相同的電壓,這種稱之為共模傳導。共模傳導經由地線所保持負載的浮動靜電容量洩露的電流所導致,然後經過地線回到噪聲源(也可能是負載和噪聲源之間的直接連線所導致而不經過地線)。

電路基礎篇:共模訊號和差模訊號的理解方法

“共模(common-mode)和差模(differential-mode)其實沒有嚴格的定義。只是說共模是相對於公共地而言的訊號,而差模則是兩個訊號的差。”

這是共模差模常見解釋,但為什麼會有這見鬼的共模差模呢?抑制共模訊號又是什麼鬼?為什麼要抑制它?

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共模、差模

通常,電流是從一根導線流向負載,再經過另一導線流回來,形成環路。負載LOAD兩端會形成電壓差V1和V2。此時,共模電壓 Vcom = (V1 + V2)/ 2。

電路基礎篇:共模訊號和差模訊號的理解方法

也可以說差模電壓 Vdiff = V1 - V2。

電路基礎篇:共模訊號和差模訊號的理解方法

電路還是這個電路,負載LOAD兩端電壓還是V1和V2,共模和差模只是參考點變了而已。共模指的是兩個電壓對地的平均值,差模指的僅僅是兩電壓的差值。

如還不清楚,這裡還有一個生動的例子:

假設兩隻船靜止在水面上,分別站著兩個人,A和B。A和B相互拉著手。當船上下波動時,A才能感覺到B變化的拉力。這兩個船之間的高度差就是差模訊號。

當水位上升或者下降時,A並不能感覺到這個拉力。這兩個船離水底的絕對高度的平均值就是共模訊號。

於是,我們說A和B只對差模訊號響應,而對共模訊號不響應。當然,也有一定的共模範圍了,太低會沉到水底,這樣船都無法再波動了。太高,會使水溢位而水無法再往上漲。

這個概念對應運算放大器的一個引數,共模電壓輸入範圍(Vcm,Input Common-Mode Voltage Range)。

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抑制共模訊號

為什麼要抑制共模訊號?

當有干擾訊號時,V1、V2同時升高。由於Vcom = (V1 + V2)/ 2,共模Vcom也會提高。這些訊號是我們不希望得到的,所以需要抑制Vcom。

在運算放大器中有一個重要的引數為共模訊號抑制比(CMRR,Common Mode Rejection Ratio),它表徵運放對共模訊號的抑制能力。

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