共模与差模信号详解:噪声抑制策略
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更新于2024-09-04
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"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。
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