從一個系統的一對輸入端看,若信號的極性相反(同樣,電流的方向相反),這樣的信號為差模信號。若信號的極性相同(同樣,電流的方向也相同),這樣的信號稱為共模信號。信號都是差模形式的。噪聲既有差模形式的,也有共模形式的。若噪聲為差模形式,它與信號相疊混,無法一般區分。
除非兩者有不同的模式,因此,所有的抗干擾措施都是針對共模噪聲的。當系統的兩個輸入端阻抗不一致時,共模電流也不再平衡,此時部分共模噪聲轉化為差模噪聲,特別是當輸入信號一端為系統地線時,共模噪聲全部轉化為差模噪聲,這對抑制噪聲影響十分不利。因此,工業儀表基本上都采用差分輸入。
差模信號又稱為常模、串模、線間感應和對稱信號等,在兩線電纜傳輸回路,每一線對地電壓用符號V1和V2來表示。差模信號分量是VDIFF。純差模信號是:V1=-V2;其大小相等,相位差180°;VDIFF=V1-V2,因為V1和V2對地是對稱的,所以地線上沒有電流流過。所有的差模電流(IDIFF)全流過負載。差模干擾侵入往返兩條信號線,方向與信號電流方向一致,其一種是由信號源產生,另一種是傳輸過程中由電磁感應產生,它和信號串在一起且同相位,這種干擾一般比較難以抑制。
共模信號又稱為對地感應信號或不對稱信號,共模信號分量是VCOM,純共模信號是:VCOM=V1=V2;大小相等,相位差為0°;V3=0。干擾信號侵入線路和接地之間,干擾電流在兩條線上各流過二分之一,以地為公共回路;原則上講,這種干擾是比較容易消除的。在實際電路中由于線路阻抗不平衡,使共模信號干擾會轉化為不易消除的串擾干擾。
對于一對信號線A、B,差模干擾相當于在A與B之間加上一個干擾電壓,共模干擾相當于分別在A與地、B與地之間加上一個干擾電壓;像平常看到的用雙絞線傳輸差分信號就是為了消除共模噪聲,原理很簡單,兩線擰在一起,受到的共模干擾電壓很接近, Ua - Ub依然沒什么變化,當然這是理想情況。比如,RS422/485總線就是利用差分傳輸信號的一種具體應用。
實際應用中,溫度的變化各種環境噪聲的影響都可以視作為共模噪聲信號,但如果在傳輸過程中,兩根線的對地噪聲哀減的不一樣大,使得兩根線之間存在了電壓差,這時共模噪聲就轉變成了差模噪聲。差分信號不是一定要相對地來說的,如果一根線是接地的,那他們的差值就是相對地的值了,這就是模擬電路中講過的差分電路的單端輸入情況。
差模和共模信號及其在無屏蔽對絞線中的EMC,在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺旋形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導線的電流方向,決定每對導線發射噪音的程度。在每對導線上流過差模和共模電流所引起的發射程度是不同的,差模電流引起的噪音發射是較小的,所以噪音主要是由共模電流決定。
審核編輯 黃昊宇
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