差分阻抗-差模阻抗与特性阻抗区别

差模信号、共模信号、共模抑制比、差分阻抗、共模阻抗、单端阻抗

差模又称串模，指的是两根线之间的信号差值；共模噪声又称对地噪声，指的是两根线分别对地的噪声。对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压。平常用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub 没什么变化，当然这是理想情况。RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。实际应用中，温度的变化、各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号，但如果在传输过程中两根线的对地的噪声衰减不一样大，使得两根线之间存在了电压差，这时共模噪声就转变成了差模噪声。差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地的，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中的差分电路单端输入情况。

差模是相对共模来说的，差分是一种方式。假如一个ADC有两个模拟输入端，并且AD 转换结果取决于这两个输入端电压之差，我们说这个ADC是差分输入的，并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反，甚至很多情况下是同符号的(即不一定是一正一负)，我们把它们的差叫做差模输入，而把它们共有的量（即平均值）叫做共模输入。

差分是一种电路形式的叫法，差模是对信号的定义(相对共模)。差模信号：大小相等，方向相反的信号；共模信号：大小相等，方向相同的信号。在差分放大电路中，经常提到共模信号和差模信号，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，可以理解为三极管的温漂引起的电流信号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，Ui就是放大的对象。在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号（这是有用的信号），放大器能产生很大的放大倍数，这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号（实际是由于上一级温度变化而产生的信号，是一种有害的信号），这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小（一般都小于1），计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有时候共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。

共模信号：双端输入时，两个信号相同。

差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。

任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。

假设两路的输入信号分别为： A、B

m、n分别为输入信号A、B的共模信号成分和差模信号成分。

输入信号A、B可分别表示为：A=m+n；B=m-n

则输入信号A、B可以看成一个共模信号 m 和差模信号 n 的合成。

其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。

差动放大器将两个信号作差，作为输出信号。则输出的信号为A-B，与原先两个信号中的共模信号和差模信号比较，可以发现：共模信号m=(A+B)/2不见了，而差模信号n=(A-B)/2

得到两倍的放大，这就是差模放大器的工作原理。

共模抑制比：为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Au d与对共模信号的电压放大倍数Au c 之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，用简写CMRR来表示。差模信号电压放大倍数Au d越大，共模信号电压放大倍数Au c越小，则CMRR越大。此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Au c=0，则共模抑制比CCMR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。

差分阻抗和共模阻抗是针对差分对而言的，常用对绞通信线就是一种差分对。在差分对上，加载不同模式的信号，信号所感受到的来自差分对的阻抗，即为对应的阻抗。也就是说，差分阻抗是差分信号沿差分对传输时受到的阻抗；共模阻抗是共模信号沿差分对传输时受到的阻抗。当在传输线上加载单端信号，信号感受到的单端阻抗即为特性阻抗。数值上而言，差分阻抗比特性阻抗2倍略小，共模阻抗比特性阻抗一半略大。以USB为例，差分阻抗是90Ω，共模阻抗是30Ω，单端特性阻抗大概50Ω。测试共模阻抗主要是用来观察差分线路两导线是否均匀对称及抗EMI辐射的能力。