共模与差模信号详解：噪声抑制策略

"共模和差模信号及其噪音抑制" 共模和差模信号是电子通信领域中的重要概念，尤其在局域网（LAN）和通信接口电路设计中扮演着核心角色。理解这两种信号类型的区别对于优化信号传输和降低干扰至关重要。 差模信号是指在一对导线上传输的信号，其特点是两条线上的电压大小相等但相位相反，如公式（1）和（2）所示，V1 = -V2 和 VDIFF = V1 - V2。这种信号在负载两端形成电压差，使得电流沿着负载方向流动，而不会通过地线。差模信号通常承载有用的信息，例如数据或通信信号。在对绞线电缆中，由于电流在两条导线中以相反方向流动，它们产生的磁场互相抵消，从而减少了辐射噪声。 共模信号则是在两根导线上以相同相位和大小的电压出现，如公式（3）所示，V1 = V2 = VCOM。在这种情况下，负载两端没有电压差，因此没有电流流过负载，而是通过电缆与地之间的寄生电容流向地线。共模信号不携带信息，而是被视为干扰源，因为它们会在电缆上产生变化的电位差，引发电磁辐射。 在无屏蔽对绞线（UTP）中，由于其独特的双绞结构，差模信号可以得到较好的抑制。当一对导线中的电流以相反方向流动时，它们产生的磁场会相互抵消，减少对外部环境的辐射干扰。然而，共模电流在对绞线中没有这样的抵消效应，因此共模噪声通常比差模噪声更难控制。 共模扼流圈和自耦变压器是抑制共模干扰的有效手段。共模扼流圈利用两个绕组的磁通相互抵消，只阻止共模电流，允许差模信号通过。自耦变压器则通过调整端接方式，可以改变信号的耦合方式，有助于减少共模噪声的影响。 在局域网和通信接口设计中，必须考虑如何有效地抑制共模噪声。这可能包括选择合适的电缆类型，如屏蔽双绞线（STP），以提供物理隔离；使用平衡电路设计，确保信号主要以差模形式传输；以及采用滤波器或共模扼流圈等硬件组件来过滤共模电流。 理解和控制共模与差模信号对于构建高效、低噪声的通信系统至关重要。工程师需要根据具体应用需求，结合信号调理技术，选择最佳策略来平衡信号质量和抗干扰能力。