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共模信號、差模信號的秘笈

“共模(common-mode)和差模(differential-mode)其實沒有嚴格的定義。 只是說共模是相對於公共地而言的信號, 而差模則是兩個信號的差。 ”

這是共模差模常見解釋, 但為什麼會有這見鬼的共模差模呢?抑制共模信號又是什麼鬼?為什麼要抑制它? 【黑人問號??】

(一)

共模、差模

通常, 電流是從一根導線流向負載, 再經過另一導線流回來, 形成環路。 負載LOAD兩端會形成電壓差V1和V2。 此時, 共模電壓 Vcom = (V1 + V2)/ 2。

也可以說差模電壓 Vdiff = V1 - V2。

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

如還不清楚, 這裡還有一個生動的栗子:

假設兩隻船靜止在水面上, 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並不能感覺到這個拉力。

這兩個船離水底的絕對高度的平均值就是共模信號。

於是, 我們說A和B只對差模信號響應, 而對共模信號不回應。 當然, 也有一定的共模範圍了, 太低會沉到水底, 這樣船都無法再波動了。 太高, 會使會水溢出而水無法再往上漲。

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

(二)

抑制共模信號

為什麼要抑制共模信號?

當有干擾信號時, V1、V2同時升高。 由於Vcom = (V1 + V2)/ 2, 共模Vcom也會提高。 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重要的參數為共模信號抑制比(CMRR, Common Mode Rejection Ratio), 它表徵運放對共模信號的抑制能力。

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