詳解差模電壓和共模電壓

差模電壓與共模電壓

我們需要的是整個有意義的“輸入信號”，要把兩個輸入端看作“整體”。就像平面坐標需要用 x,y 兩個數表示，而到了高中或大學就只要用一個“數”v，但這個 v 是由 x,y 兩個數構成的“向量”……

而共模、差模正是“輸入信號”整體的屬性，差分輸入可以表示為

vi = (vi+, vi-)也可以表示為 vi = (vic, vid)

c表示共模，d 表示差模。兩種描述是*等價的。只不過換了一個認識角度，就像幾何學里的坐標變換，同一個點在不同坐標系中的坐標值不同，但始終是同一個點。運放的共模輸入范圍：器件（運放、儀放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑制比 CMRR）條件下允許的共模信號的范圍。顯然，不存在“某一端”上的共模電壓的問題。但“某一端”也一樣存在輸入電壓范圍問題。而且這個范圍等于共模輸入電壓范圍。道理很簡單：運放正常工作時兩輸入端是虛短的，單端輸入電壓范圍與共模輸入電壓范圍幾乎是一回事。

對其它放大器，共模輸入電壓跟單端輸入電壓范圍就有區別了。例如對于儀放，差分輸入不是 0，實際工作時的共模輸入電壓范圍就要小于單端輸入電壓范圍了。

可以通俗的理解為：

兩只船靜止在水面上，分別站著兩個人，A 和B。 A 和B 相互拉著手。當船上下波動時，A 才能感覺到B 變化的拉力。這兩個船之間的高度差就是差模信號。當水位上升或者下降時，A 并不能感覺到這個拉力。 這兩個船離水底的高度就是共模信號。于是，我們說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*圍了，太低會沉到水底，這樣船都無法再波動了。太高，會使會水溢出而形成水流導致船沒法在水面上停留理論上，A 和B 應該只是對差模有響應但實際上，由于船上下顛簸，A 和B 都暈了，明明只有共模，卻產生了幻覺：似乎對方相對自己在動。這就說明，A 和B 內力較弱，共模抑制比不行啊。當然,差模電壓也不可以太大，否則會導致把A 和B 拉開。主要是 “共模是兩輸入端的算術平均值,差模是直接的同相端與反相端的差值”。

共模電壓應當是從源端看進來時，加到放大電路輸入端的共同值，差模則是加到放大電路兩個輸入端的差值。共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑制（比），交流的稱為交流共模抑制（比），統稱共模抑制（比）。一般的放大器特別是儀表放大器，有較好的直流共模抑制，但對交流共模抑制，頻率一高往往就不行了----急劇下降，即頻率響應不行。一般的信號均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對稱性，因此，用差分放大器時要小心它引起的誤差。參考相關數據數冊。不僅僅是在運放電路中。只要是電信號傳輸，都可以分為共模和差模差模是兩根信號線之間的， 共模是信號對地的 所以只要有信號傳輸就有共模干擾。準確說是：一根線共模和差模疊加在一起，無法區分，只有雙線傳輸才能區分共模和差模。先看共模和差模的由來，也就是這種區分的價值

1. 傳導干擾下：

假設系統的公共參考點（“地”）受干擾，電位發生了波動。其實電位這個概念嚴格說只有相對意義，一個孤立點不存在什么“電位”，所以波動一定要相對另一個參考點的，例如：大地，或與你的板子或整機相連的那個設備的參考點。這時，兩個設備間的兩根信號線上的干擾是近似相同的。

2. 空間耦合干擾下：

電磁波具有一定的空間連續性，在很小的空間內，可以認為電磁波是均勻的，如果兩根線靠得很近，兩根線所受干擾也是近似相同的。

按一般說法，任意一根信號線相對地線所受干擾，就是共模干擾。但只有雙線傳輸時，共模和差模的區分才有價值。而且，一根線可以有“共模”，但沒有差模。當然，概念也是人為定的。要么按*說法（事實標準），要么按定義，比如，IEEE 標準。

下面我們再來舉個例子來看看：

差分運放 一端加3 v 一端 2v

相當于一端加vd=0.5，vc=2.5

一端加: vd=-0.5，vc=2.5

任何一種信號,都是共模與差模的復合，但是是什么決定了哪些是共模哪些是差模,就是看參考的信號了。單純的講一根線是沒有意義的，參考地其實只不過是以地為0 信號。如果一端是VI，那么地端相當于共模信號為VI/2，差模信號為-VI/2，綜合起來就為0 了而任意參考位為V2 的話，VI 里面的共模量應為(V1+V2)/2，差模量為(V1-V2)/2另一端相當于共模量(V1+V2)/2，差模量為-(V1-V2)/2，差模與共模只有相比較才有意義。

簡單理解：你選擇了一個地之后，兩根線的相對高度就是差模。而兩根線的高度的平均值就是共模，當兩根線的距離縮小到0，變成一根線時，就只有一個高度了，因此它的值就是共模。

此外，這里有一些在公開發表的學術期刊上的定義，都是各個作者的理解，供參考：

1. 共模干擾是指干擾電壓出現在儀表輸人端的一端(正端或負端)對地之間的交流信號,它可用晶體管電壓表跨接于儀表輸人端的一端(正端或負端)與地之間測量,一般對地干擾大多在幾伏到幾十伏的范圍內

2.共模干擾是指電路中兩個被測量點電位相對大地同時發生同方向交化而產生的干擾,而差模jf 擾則是電路中兩個被測量點的電位差發生相對變化而產生的干擾

3. 共模干擾是指模數轉換器兩個輸入端上共有的干擾電壓,它可能是直流或交流電壓,電壓幅值可根據應用現場的環境達幾伏甚至更高.共模干擾又稱共態干擾,常用共模抑制比(CMRR)表示輸入電路對共模干擾的抑制能力

4. 共模干擾是指由電源的相線與地線所構成回路中的干擾.差模干擾是指電源的相線和相線所構成的回路中的干擾.傳導干擾主要是由電路中高速切換的電壓、電流與雜散寄生參數之間相互作用而產生的高頻震蕩所引起

5. 實際上傳導干擾又有共模和差模之分,所謂共模干擾是指地線與相線干擾信號,線間的相位相同、電位相等,而差模干擾是相線間干擾信號相位差180(電位相等)

6. 共模干擾是指在保護裝置所有電路或電路的某一點與地(或外殼)之間形成的干擾(電位),如圖1 中的Vt 所示.它是保護裝置工作不正常的重要原因

7. 共模干擾”是指干擾大小和方向一致,其存在于電源任何一相對大地、或中線對大地間.共模干擾也稱縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾,是載流體與大地之間的干擾共模信號和差模信號是指差動放大器雙端輸入時的輸入信號。

共模信號：雙端輸入時，兩個信號相同。

差模信號：雙端輸入時，兩個信號的相位相差180 度。

任何兩個信號都可以分解為共模信號和差模信號。

設兩路的輸入信號分別為： A,B.

m,n 分別為輸入信號A，B 的共模信號成分和差模信號成分。

輸入信號A，B 可分別表示為：A=m+n；B=m-n

則輸入信號A,B 可以看成一個共模信號 m 和差模信號 n 的合成。

其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。

差動放大器將兩個信號作差，作為輸出信號。則輸出的信號為A-B，與原先兩個信號中的共模信號和差模信號比較，可以發現：

共模信號m=(A+B)/2 不見了，而差模信號n=(A-B)/2 得到兩倍的放大。

這就是差模放大器的工作原理。

差分信號一般是前級輸入的，或者一段接共模信號，一端接輸入信號。前面，可以用單端轉雙端啊。

對于差分放大，首先要建立正確的靜態工作點，也就是共模信號，譬如vcc 為1.8v 的時候，輸入的共模信號一般是0.9v，放大的差分信號是在0.9v 上下擺動的信號~