共模与差模信号详解及噪音抑制策略

"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，尤其是在网络通信和电磁兼容性(EMC)设计中扮演着核心角色。差模信号与共模信号的主要区别在于它们的电压分布和对地的关系。 差模信号是指在一对导线中，电流流动方向相反，导致两端电压相位相差180度，如公式（1）和（2）所示。这种信号模式下，因为导线间的电压差(V1 - V2)是信息载体，而对地没有电压差，所以不会通过电缆对地产生电磁辐射，通常在局域网(LAN)和通信设备中作为有效信号传输。 共模信号则是指两根导线上的电压相等，相位相同，如公式（3）所示。在这种情况下，由于导线对地没有电位差，负载上没有电流流过，但共模电流会通过电缆与地之间的寄生电容流入地线，从而导致电磁波的辐射。这种信号在电缆传输中被视为噪声源，因为它不携带信息且可能导致电磁干扰。 在无屏蔽对绞线中，差模和共模信号的影响尤为明显。对绞线的设计目的是抵消共模噪音，因为每根导线上的电流产生的磁场相互抵消，降低了共模电流引起的辐射。然而，尽管差模电流引起的噪音相对较小，共模电流仍然是主要的噪音源。当共模电流在对绞线中流动时，它会在导线与地之间形成变化的电位差，从而产生电磁发射。 为了抑制共模和差模噪音，工程师们采用多种策略。共模扼流圈是一种有效的抑制手段，它可以作为低通滤波器，允许差模信号通过，同时阻止高频共模信号。自耦变压器端接也是一种方法，通过调整变压器的比率，可以改变共模和差模信号的传输特性，减少噪音。 在实际应用中，设计者还会考虑使用平衡电路、屏蔽层、滤波器和接地技术来进一步抑制噪音。平衡电路能够使得两根导线上的信号保持一致，从而减少共模噪音；屏蔽层可以阻止电磁场外泄；滤波器可以去除特定频率的噪音；良好的接地设计能提供一个低阻抗路径，使共模电流迅速流入地，减少辐射。 理解和控制共模和差模信号对于提高网络通信系统的性能和电磁兼容性至关重要。通过合理的设计和噪声抑制技术，可以确保信息的准确传输，同时减少对外部设备的干扰。