差模信号、共模信号、共模抑制比

差模信号、共模信号、共模抑制比

一、差模信号与共模信号

差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值（有用信号）；

共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声（有害信号）。

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；像平常看到的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依然没什么变化，当然这是理想情况。比如，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,两根线的对地噪声哀减的不一样大,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，这就是模拟电路中讲过的差分电路的单端输入情况。

差分放大器，差模输入，差模是相对共模来说的。差分是一种方式。

差模、共模信号，差分放大电路（差分是一种电路形式的叫法。差模是对信号的定义）差动=差分

举例来说，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，那么我们说这个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。(注：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。

差模信号：大小相等，方向相反的交流信号；

共模信号：大小相等，方向相同。

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型号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，就是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，我们把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（这实际是上一级由于温度变化而产生的信号，是一种有害的东西），我们把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，所以有四个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，两个信号方位相同。

差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度（即方向相反）。

任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。

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。

二、共模抑制比

1 定义

共模抑制比：Common Mode Rejection Ratio（简写CMRR）用来说明差动放大电路抑制共模信号（噪声）的能力。因此，CMRR越大越好。

定义表达式为：共模抑制比=A u d/ A u c

式中：A u d为放大器对差模信号的电压放大倍数；A u c为对共模信号的电压放大倍数。

从式中可以看出，差模信号电压放大倍数A u d越大，共模信号电压放大倍数A u 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

A u c=0，则共模抑制比CCMR→∞，这是理想情况（即完全对称电路），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。

2 差分放大器影响共模抑制比的因素

◇电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。

◇电路本身的线性工作范围——实际的电路其线性范围不是无限大的，当共模信号超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。实际电路的线性工作范围都小于其工作电压，这也就是为什么对共模抑制要求较高的设备前端电路也采用较高工作电压的原因。