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。