
在電器設(shè)備的電源線、電話通信線等線路中,信號傳輸存在兩種不同的形態(tài),即共模和差模。它們在信號傳輸過程中有著不同的表現(xiàn)和作用,下面就來詳細(xì)了解一下。
差模:兩根導(dǎo)線間的信號傳輸
差模(Differential Mode)是指信號在電路中通過兩個相對的導(dǎo)體傳輸或處理的方式。它由一個正向信號和一個反向信號組成,這兩個信號在導(dǎo)線上以相等但相反的幅度傳輸。
比如在音頻傳輸線中,兩根導(dǎo)線會分別傳輸幅度相等、相位相反的音頻信號,這就是典型的差模信號。這種信號承載著我們需要的有用信息,像音頻內(nèi)容、數(shù)據(jù)信息等都依靠差模信號來傳輸。差模信號的一大特點是幅度大于單個信號的幅度,并且由于兩個信號相反,能有效抵消外部干擾,保證信息的穩(wěn)定傳輸。從系統(tǒng)的一對輸入端看,若信號的極性相反,電流的方向也相反,這樣的信號就是差模信號。
共模:與地線相關(guān)的信號傳輸
共模(Common Mode)則是信號在電路中通過兩個導(dǎo)體以相同的方式傳輸或處理的方式。共模信號是兩個導(dǎo)體上的信號以相同的幅度同時變化。
在有兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號的情況下,通常還有第三導(dǎo)體即 “地線”,共模就是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回傳輸?shù)男问健南到y(tǒng)的一對輸入端看,若信號的極性相同,電流的方向也相同,這樣的信號就是共模信號。實際電路中,共模信號往往來自外界干擾,比如周圍環(huán)境中的電磁干擾、電源噪聲等,這些干擾會同時影響兩條傳輸線,在兩條線上產(chǎn)生相同的干擾信號。共模信號的幅度相對較小,且容易受到外部干擾的影響。
共模信號與差模信號的明確界定
共模信號
加在兩個輸入端子上大小相等、相位相同的信號。用公式表示,假設(shè)兩個輸入信號分別為V_1和V_2,則共模信號V_{cm}=\frac{V_1 + V_2}{2}。簡單來說,共模信號就是兩個大小相等、方向相同的信號。
差模信號
指在兩個輸入端子之間存在差值的信號,即兩個大小相等、相位相反的信號。在差動放大電路中,設(shè)輸入信號分別為V_1和V_2,差模信號V_{dm}=V_1 - V_2。通俗講,差模信號就是兩個大小相等、方向相反的信號。
共模和差模的主要區(qū)別
本質(zhì)不同
差模又稱串模,本質(zhì)是兩根線之間的信號差值;而共模噪聲又稱對地噪聲,本質(zhì)指的是兩根線分別對地的噪聲。
特點不同
差模信號的特點是幅度相等,相位相反;而共模信號的特點是幅度相等,相位相同。
電流流過的方向、程度不同
所有的差模電流全流過負(fù)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。而共模信號的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。
電流產(chǎn)生的輸出抵消作用不同
對絞線中的差模信號在每一根導(dǎo)線上的電流是以相反方向在一對導(dǎo)線上傳送,如果這一對導(dǎo)線是均勻的纏繞,這些相反的電流就會產(chǎn)生大小相等、反向極化的磁場,使它的輸出互相抵消。而對絞線中的共模信號的共模電流在兩根導(dǎo)線上以相同方向流動,電流產(chǎn)生大小相等極性相同的磁場,它們的輸出不能相互抵消。
信號通常都是以差模形式存在的,而噪聲既有差模形式,也有共模形式。若噪聲為差模形式,它會與信號相疊混,難以區(qū)分,所以所有的抗干擾措施主要都是針對共模噪聲的。
當(dāng)系統(tǒng)的兩個輸入端阻抗不一致時,共模電流會不再平衡,此時部分共模噪聲會轉(zhuǎn)化為差模噪聲,尤其是當(dāng)輸入信號一端為系統(tǒng)地線時,共模噪聲會全部轉(zhuǎn)化為差模噪聲,這對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,以此來減少噪聲的影響,保證信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
了解共模和差模的區(qū)別與特性,有助于我們更好地理解電路中信號的傳輸規(guī)律,以及在實際應(yīng)用中采取有效的抗干擾措施,提升電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的性能。