差模信號(hào)和共模信號(hào)的區(qū)別 共模噪聲影響電路工作的實(shí)質(zhì)

一道面試題…

照例，先拋出來一道問題：共模噪聲是如何影響電路工作的？

這個(gè)問題，可以拆解為以下2個(gè)問題：

①理清共模和差模的區(qū)別；

②共模噪聲影響電路工作的實(shí)質(zhì)；

共模和差模

關(guān)于差共模信號(hào)，網(wǎng)上介紹很多，五花八門，這里只說下自己的理解：

1）差模信號(hào)，是相對(duì)傳輸線回路負(fù)極的信號(hào)，信號(hào)回流都是通過傳輸線回流到信號(hào)源的負(fù)極；

2）共模信號(hào)，是相對(duì)Earth GND的信號(hào)，信號(hào)回流都是通過寄生電容、分布電容等雜散電容以位移電流的形式回流到Earth GND；

（上述為個(gè)人理解，非官方定義，不甚嚴(yán)謹(jǐn)，僅供理解和參考）

如上圖所示，左邊是差模信號(hào)，很容易理解，物理回路是看得見、摸得著的。而右邊的共模信號(hào)則相對(duì)麻煩，回流路徑看不見、摸不著、難琢磨。

在共模信號(hào)的描述中有三個(gè)關(guān)鍵詞：雜散電容、位移電流、Earth GND。

先說雜散電容，如上圖所示，因?yàn)槠骷旧泶嬖诩纳娙荩?a target="_blank">PCB走線存在分布電容，就算是信號(hào)回路的負(fù)極對(duì)Earth GND也是存在電容的，這些都會(huì)成為共模信號(hào)的回流路徑，關(guān)鍵還是看不見的路徑。

再說位移電流，網(wǎng)上給的解釋：電位移矢量隨時(shí)間的變化率對(duì)曲面的積分。太繞了！通俗來說，就是電場(chǎng)的變化率，它不是電荷做定向運(yùn)動(dòng)的電流，這點(diǎn)不同于“傳導(dǎo)電流”，但它會(huì)引起變化的磁場(chǎng)，而且與傳導(dǎo)電流引起的變化磁場(chǎng)等效。

上面提到的傳導(dǎo)電流，是導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)電荷形成的電流，比如自由電子的定向運(yùn)動(dòng)，這就是我們常說的電流。注意和位移電流做區(qū)分。

還有Earth GND，這是大地，注意與為信號(hào)提供電流回流的GND做區(qū)分。GND是電源回路的負(fù)極，是一個(gè)選定的參考電位，但這并不是真正意義上的零電位。在硬件測(cè)試環(huán)節(jié)中，有一項(xiàng)測(cè)試叫“地偏移”，就是在GND上疊加一定的電平，造成整個(gè)電氣系統(tǒng)的參考電位太高，看整個(gè)系統(tǒng)還能否穩(wěn)定工作。真正的零電位應(yīng)該是Earth GND。

上面說了這么多共模信號(hào)、差模信號(hào)。如果把“信號(hào)”換成“噪聲”，是一樣的道理。共模噪聲、差模噪聲從物理層面來講，也是一種電氣信號(hào)，只不過它們是我們不想要、不期望有的信號(hào)，我們需要盡可能去抑制。

坦白講，也只能盡可能去抑制。想要完全消除差共模噪聲，不可能！如何才能愉快地共處，這是一門技術(shù)！

共模噪聲影響電路的機(jī)理

上面講，我們要盡可能去抑制共模噪聲，可是共模噪聲到底怎么不好，又是如何影響電路呢？這就要弄清楚共模噪聲影響電路的機(jī)理。

為了方便討論這個(gè)問題，我們搭建一個(gè)電路模型。左側(cè)是直流電源輸入，中間是電路模塊1，右側(cè)是電路模塊2。模塊1和模塊2之間傳輸信號(hào)，阻抗Z是由于回流地沒有處理好（比如信號(hào)回流跨分割、回流地線很細(xì)、信號(hào)有切換參考層且缺少縫合電容）而產(chǎn)生的地阻抗。

審核編輯：湯梓紅