從一個(gè)系統(tǒng)的一對(duì)輸入端看,若信號(hào)的極性相反(同樣,電流的方向相反),這樣的信號(hào)為差模信號(hào)。若信號(hào)的極性相同(同樣,電流的方向也相同),這樣的信號(hào)稱為共模信號(hào)。信號(hào)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(hào)相疊混,無(wú)法一般區(qū)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(duì)共模噪聲的。當(dāng)系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端阻抗不一致時(shí),共模電流也不再平衡,此時(shí)部分共模噪聲轉(zhuǎn)化為差模噪聲,特別是當(dāng)輸入信號(hào)一端為系統(tǒng)地線時(shí),共模噪聲全部轉(zhuǎn)化為差模噪聲,這對(duì)抑制噪聲影響十分不利。因此,工業(yè)儀表基本上都采用差分輸入。
差模信號(hào)又稱為常模、串模、線間感應(yīng)和對(duì)稱信號(hào)等,在兩線電纜傳輸回路,每一線對(duì)地電壓用符號(hào)V1和V2來(lái)表示。差模信號(hào)分量是VDIFF。純差模信號(hào)是:V1=-V2;其大小相等,相位差180°;VDIFF=V1-V2,因?yàn)閂1和V2對(duì)地是對(duì)稱的,所以地線上沒(méi)有電流流過(guò)。所有的差模電流(IDIFF)全流過(guò)負(fù)載。差模干擾侵入往返兩條信號(hào)線,方向與信號(hào)電流方向一致,其一種是由信號(hào)源產(chǎn)生,另一種是傳輸過(guò)程中由電磁感應(yīng)產(chǎn)生,它和信號(hào)串在一起且同相位,這種干擾一般比較難以抑制。
共模信號(hào)又稱為對(duì)地感應(yīng)信號(hào)或不對(duì)稱信號(hào),共模信號(hào)分量是VCOM,純共模信號(hào)是:VCOM=V1=V2;大小相等,相位差為0°;V3=0。干擾信號(hào)侵入線路和接地之間,干擾電流在兩條線上各流過(guò)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(shí)際電路中由于線路阻抗不平衡,使共模信號(hào)干擾會(huì)轉(zhuǎn)化為不易消除的串?dāng)_干擾。
對(duì)于一對(duì)信號(hào)線A、B,差模干擾相當(dāng)于在A與B之間加上一個(gè)干擾電壓,共模干擾相當(dāng)于分別在A與地、B與地之間加上一個(gè)干擾電壓;像平常看到的用雙絞線傳輸差分信號(hào)就是為了消除共模噪聲,原理很簡(jiǎn)單,兩線擰在一起,受到的共模干擾電壓很接近, Ua - Ub依然沒(méi)什么變化,當(dāng)然這是理想情況。比如,RS422/485總線就是利用差分傳輸信號(hào)的一種具體應(yīng)用。
實(shí)際應(yīng)用中,溫度的變化各種環(huán)境噪聲的影響都可以視作為共模噪聲信號(hào),但如果在傳輸過(guò)程中,兩根線的對(duì)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(shí)共模噪聲就轉(zhuǎn)變成了差模噪聲。差分信號(hào)不是一定要相對(duì)地來(lái)說(shuō)的,如果一根線是接地的,那他們的差值就是相對(duì)地的值了,這就是模擬電路中講過(guò)的差分電路的單端輸入情況。
差模和共模信號(hào)及其在無(wú)屏蔽對(duì)絞線中的EMC,在對(duì)絞電纜線中的每一根導(dǎo)線是以雙螺旋形結(jié)構(gòu)相互纏繞著。流過(guò)每根導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)受螺旋形的制約。流過(guò)對(duì)絞線中每一根導(dǎo)線的電流方向,決定每對(duì)導(dǎo)線發(fā)射噪音的程度。在每對(duì)導(dǎo)線上流過(guò)差模和共模電流所引起的發(fā)射程度是不同的,差模電流引起的噪音發(fā)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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