差模、共模信号

差模信号：大小相等，方向相反的信号。

共模信号：大小相等。方向相同的信号。

 

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。

差分信号有两个，v1、v2。

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。

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，差模信号的电路如图1所示。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。共模信号的电路如图2所示。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。

形态

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。

用途

差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中的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。

1、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。

2、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。

3、电缆线上产生的共模、差模噪音及其EMC

电子设备中电缆线上的噪音有从电源电缆和信号电缆上产生的辐射噪音和传导噪音两大类。这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种。

差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生的与信号电流或电源电流相同路径的噪音电流,如图7所示。减小这种噪音的方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器,来减小高频的噪音,如图8所示。

差模辐射噪音是图7电缆中的信号电流环路所产生的辐射。这种噪音产生的电场强度与电缆到观测点的距离成反比,与频率的平方成正比,与电流和电流环路的面积成正比。因此,减小这种辐射的方法是在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流进电缆;使用屏蔽电缆或扁平电缆,在相邻的导线中传输回流电流和信号电流,使环路面积减小。

共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下,经过大地与设备之间的寄生电容,在大地与电缆之间流动的噪音电流产生的。减小共模传导噪音的方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波,滤去共模传导噪声。其电路如图10所示。共模扼流圈是将电源线的零线和火线（或回流线和信号线）同方向绕在铁氧体磁芯上构成的,它对线间流动的差模信号电流和电源电流阻抗很小,而对两根导线与地之间流过的共模电流阻抗则很大。

共模辐射噪音是由于电缆端口上有共模电压,在其驱动下,从大地到电缆之间有共模电流流动而产生的。辐射的电场强度与电缆到观测点的距离成反比,（当电缆长度比电流的波长短时）与频率和电缆的长度成正比。减小这种辐射的方法有：通过在线路板上使用地线面来降低地线阻抗,在电缆的端口处使用LC低通滤波器或共模扼流圈。另外,尽量缩短电缆的长度和使用屏蔽电缆也能减小辐射。