差模信号和共模信号的区别 共模噪声影响电路工作的实质

描述

一道面试题…

照例,先抛出来一道问题:共模噪声是如何影响电路工作的?

这个问题,可以拆解为以下2个问题:

①理清共模和差模的区别;

②共模噪声影响电路工作的实质;

共模和差模

关于差共模信号,网上介绍很多,五花八门,这里只说下自己的理解:

1)差模信号,是相对传输线回路负极的信号,信号回流都是通过传输线回流到信号源的负极;

2)共模信号,是相对Earth GND的信号,信号回流都是通过寄生电容、分布电容等杂散电容以位移电流的形式回流到Earth GND;

(上述为个人理解,非官方定义,不甚严谨,仅供理解和参考)

GND

如上图所示,左边是差模信号,很容易理解,物理回路是看得见、摸得着的。而右边的共模信号则相对麻烦,回流路径看不见、摸不着、难琢磨。

在共模信号的描述中有三个关键词:杂散电容、位移电流、Earth GND。

GND

先说杂散电容,如上图所示,因为器件本身存在寄生电容,PCB走线存在分布电容,就算是信号回路的负极对Earth GND也是存在电容的,这些都会成为共模信号的回流路径,关键还是看不见的路径。

再说位移电流,网上给的解释:电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。太绕了!通俗来说,就是电场的变化率,它不是电荷做定向运动的电流,这点不同于“传导电流”,但它会引起变化的磁场,而且与传导电流引起的变化磁场等效。

上面提到的传导电流,是导体中运动电荷形成的电流,比如自由电子的定向运动,这就是我们常说的电流。注意和位移电流做区分。

还有Earth GND,这是大地,注意与为信号提供电流回流的GND做区分。GND是电源回路的负极,是一个选定的参考电位,但这并不是真正意义上的零电位。在硬件测试环节中,有一项测试叫“地偏移”,就是在GND上叠加一定的电平,造成整个电气系统的参考电位太高,看整个系统还能否稳定工作。真正的零电位应该是Earth GND。

上面说了这么多共模信号、差模信号。如果把“信号”换成“噪声”,是一样的道理。共模噪声、差模噪声从物理层面来讲,也是一种电气信号,只不过它们是我们不想要、不期望有的信号,我们需要尽可能去抑制。

坦白讲,也只能尽可能去抑制。想要完全消除差共模噪声,不可能!如何才能愉快地共处,这是一门技术!

共模噪声影响电路的机理

上面讲,我们要尽可能去抑制共模噪声,可是共模噪声到底怎么不好,又是如何影响电路呢?这就要弄清楚共模噪声影响电路的机理。

为了方便讨论这个问题,我们搭建一个电路模型。左侧是直流电源输入,中间是电路模块1,右侧是电路模块2。模块1和模块2之间传输信号,阻抗Z是由于回流地没有处理好(比如信号回流跨分割、回流地线很细、信号有切换参考层且缺少缝合电容)而产生的地阻抗。

GND

审核编辑:汤梓红

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