概述
用簡單的兩線電纜,在它的終端接有負載阻抗,每一線對地的電壓用符號V1和V2來表示。差模信號分量是VDIFF,共模信號分量是VCOM,電纜和地之間存在的寄生電容是Cp。其電路如圖1所示,其波形如圖2所示。
兩種信號的特點
差模分量:大小相等,相位相反
共模分量:大小相等,相位相同
差模信號
兩個大小相等、極性相反的一對信號稱為差模信號。
差模輸入差動放大電路輸入差模信號時,稱為差模輸入。差模輸入使兩管的集電極電流一增一減,相應兩管的集電極電位也一增一減,於是有輸入電流出現。差模信號分量是VDIFF
純差模信號是:V1=-V2(1)
大小相等,相位差是180°。
VDIFF=V1-V2(2)
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。
在以電纜傳輸信號時,差模信號是作為攜帶信息“想要”的信號。區域網路(LAN)和通信中套用的無線收發機的結構中安裝的都是差模器件。兩個電壓(V1+V2)瞬時值之和總是等於零。
共模信號
兩個大小相等、極性相同的一對信號稱為共模信號。
差動放大電路輸入共模信號時,稱為共模輸入。
共模信號分量是VCOM
純共模信號是:
V1=V2=VCOM(3)
大小相等,相位差為0°
V3=0(4)
共模信號的電路如圖3所示,其波形如圖4所示。
因為在負載兩端沒有電位差,所以沒有電流流過負載。所有的共模電流都通過電纜和地之間的寄生電容流向地線。在以電纜傳輸信號時,因為共模信號不攜帶信息,所以它是“不想要”的信號。
兩個電壓瞬時值之和(V1+V2)不等於零。相對於地而言,每一電纜上都有變化的電位差。這變化的電位差就會從電纜上發射電磁波。
共模抑制比
定義:輸入連線埠短路線中點對地加電壓和輸入連線埠兩點之間電壓的比。
共模抑制比用作描述信號接收器輸入連線埠對地平衡度的一個參數。
CMRR=|Aud/Auc|,其中Aud為差模信號放大倍數,Auc為共模信號放大倍數。
差模信號放大倍數Aud越大,共模信號電壓放大倍數Auc越小,則CMRR越大。此時差分放大電路抑制共模信號的能力越強,放大器的性能越好。當差動放大電路完全對稱時,共模信號電壓放大倍數Auc=0,則共模抑制比CCMR趨近於無窮。這是理想狀況,實際上電路完全對稱是不存在的,共模抑制比也不可能趨向於無窮大。
EMC
在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺鏇形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺鏇形的制約。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。簡單的說,差模信號是兩根線之間的噪聲差,共模信號是兩根線分別對地的噪聲。
對絞線中的差模信號
對純差模信號而言,它在每一根導線上的電流是以相反方向在一對導線上傳送。如果這一對導線是均勻的纏繞,這些相反的電流就會產生大小相等,反向極化的磁場,使它的輸出互相抵消。在無禁止對絞線系統中的差模信號如圖5所示。
在無禁止對絞線中,不含噪音的差模信號不產生射頻干擾。
對絞線中的共模信號
共模電流ICOM在兩根導線上以相同方向流動,並經過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下,電流產生大小相等極性相同的磁場,它們的輸出不能相互抵消。如圖6所示,共模電流在對絞線的表面產生一個電磁場,它的作用正如天線一樣。
在無禁止對絞線中,共模信號產生射頻干擾。