干貨收藏系列21：通俗易懂的，共模信號和差模信號理解方法

噪聲傳導有兩種模式，一種為差模傳導，一種為共模傳導。

線(xiàn)路中的噪聲電流進(jìn)入和流出，相同大小的電流以相反方向流動(dòng)，總和始終為零，這種稱(chēng)之為差模傳導。

線(xiàn)路中的噪聲電流以相同的方向流動(dòng)，線(xiàn)路承受著(zhù)相同的電壓，這種稱(chēng)之為共模傳導。共模傳導經(jīng)由地線(xiàn)所保持負載的浮動(dòng)靜電容量泄露的電流所導致，然后經(jīng)過(guò)地線(xiàn)回到噪聲源（也可能是負載和噪聲源之間的直接連接所導致而不經(jīng)過(guò)地線(xiàn)）。

“共模（common-mode）和差模（differential-mode）其實(shí)沒(méi)有嚴格的定義。只是說(shuō)共模是相對于公共地而言的信號，而差模則是兩個(gè)信號的差?！?/span>

這是共模差模常見(jiàn)解釋?zhuān)珵槭裁磿?huì )有這見(jiàn)鬼的共模差模呢？抑制共模信號又是什么鬼？為什么要抑制它？

01

#共模、差模

通常，電流是從一根導線(xiàn)流向負載，再經(jīng)過(guò)另一導線(xiàn)流回來(lái)，形成環(huán)路。負載LOAD兩端會(huì )形成電壓差V1和V2。此時(shí)，共模電壓 Vcom = （V1 + V2）/ 2。

也可以說(shuō)差模電壓 Vdiff = V1 - V2。

電路還是這個(gè)電路，負載LOAD兩端電壓還是V1和V2，共模和差模只是參考點(diǎn)變了而已。共模指的是兩個(gè)電壓對地的平均值，差模指的僅僅是兩電壓的差值。

如還不清楚，這里還有一個(gè)生動(dòng)的栗子：

假設兩只船靜止在水面上，分別站著(zhù)兩個(gè)人，A和B。A和B相互拉著(zhù)手。當船上下波動(dòng)時(shí)，A才能感覺(jué)到B變化的拉力。這兩個(gè)船之間的高度差就是差模信號。

當水位上升或者下降時(shí)，A并不能感覺(jué)到這個(gè)拉力。這兩個(gè)船離水底的絕對高度的平均值就是共模信號。

于是，我們說(shuō)A和B只對差模信號響應，而對共模信號不響應。當然，也有一定的共模范圍了，太低會(huì )沉到水底，這樣船都無(wú)法再波動(dòng)了。太高，會(huì )使水溢出而水無(wú)法再往上漲。

這個(gè)概念對應運算放大器的一個(gè)參數，共模電壓輸入范圍（Vcm，Input Common-Mode Voltage Range）。

02

#抑制共模信號

為什么要抑制共模信號？

當有干擾信號時(shí)，V1、V2同時(shí)升高。由于Vcom = （V1 + V2）/ 2，共模Vcom也會(huì )提高。這些信號是我們不希望得到的，所以需要抑制Vcom。

在運算放大器中有一個(gè)重要的參數為共模信號抑制比（CMRR，Common Mode Rejection Ratio），它表征運放對共模信號的抑制能力。