詳解差模電壓和（hé）共模電壓

差模電壓與共模電壓

我們需要（yào）的是整個有（yǒu）意（yì）義的“輸（shū）入（rù）信號”，要把兩個輸入端看作“整體（tǐ）”。就像平麵坐標需要用 x,y 兩個（gè）數表示，而到了高中或大學就隻要用（yòng）一（yī）個“數”v，但這個 v 是由 x,y 兩（liǎng）個數構成的（de）“向（xiàng）量（liàng）”……

而共模、差模正是“輸入信號”整體的屬性，差（chà）分輸入可以表示為

vi = (vi+, vi-)也可以表示為 vi = (vic, vid)

c表示共模（mó），d 表示差模。兩種描（miáo）述是*等價的（de）。隻不過換了一（yī）個認識角度，就像幾何學裏的坐標變換，同一個（gè）點在不同坐標係中的坐標值（zhí）不同，但始終是同一個點。運放的共（gòng）模輸入範圍：器件（運（yùn）放、儀放……）保持正常放大功能（保持一定共模（mó）抑製比 CMRR）條件下允許的共模信號的範圍。顯然，不存在“某一端（duān）”上的共模電（diàn）壓的問題。但“某一端”也一樣存（cún）在輸（shū）入電壓範圍問題。而且（qiě）這個範圍等於（yú）共模輸入電壓範圍。道理很簡單（dān）：運放正常工作時兩（liǎng）輸入端是虛短（duǎn）的，單端輸入電壓範圍與共模輸入電壓範圍幾乎是一回事。

對其它放大器，共模輸入電壓跟（gēn）單端輸入電壓範圍就（jiù）有區別了。例如對於儀放，差分輸入（rù）不是 0，實際工作時的（de）共模輸入電壓（yā）範圍（wéi）就要小於單端輸入電壓範（fàn）圍了。

可以通俗的理解為：

兩隻船靜止在水麵上，分別站著兩個人，A 和B。 A 和B 相互拉著手。當船上下波動（dòng）時（shí），A 才（cái）能感覺到B 變（biàn）化的拉力。這兩個船之間（jiān）的高度差就是差模信號。當水位上升或者下降時，A 並不能感覺到這個拉力。 這兩個（gè）船離（lí）水底的高（gāo）度就是共模信號。於是，我們說A 和B 隻對差模信號響應，而對共模信號不響應。當然，也有一定的共（gòng）*圍了，太低會沉到水底，這樣船（chuán）都無法再波動了。太高，會使會水溢出而（ér）形成水流導致船沒法在水麵上（shàng）停留理論（lùn）上（shàng），A 和B 應該隻是對差模有（yǒu）響應（yīng）但實（shí）際上（shàng），由（yóu）於船上下顛簸，A 和（hé）B 都暈了，明（míng）明隻有共模，卻產生了幻覺：似乎對方相對自己在動。這就（jiù）說明，A 和B 內力較弱，共（gòng）模抑製比不（bú）行啊。當然,差模電（diàn）壓也不可以太大，否則會導（dǎo）致把A 和B 拉開。主要是 “共模是兩輸入端的算術平均值,差模是直接的（de）同相端與反相端的差（chà）值”。

共模電壓應當（dāng）是從（cóng）源端看進來時，加到放大電路輸入端的共（gòng）同（tóng）值，差模則是加（jiā）到放大電路（lù）兩個輸入端的差值。共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑製（比），交流的稱（chēng）為交流共（gòng）模抑製（比（bǐ）），統稱共模抑製（比）。一般的（de）放大器特別是儀表放大（dà）器，有較好的直流共模抑製，但（dàn）對交流共模抑製，頻率一（yī）高往往就不行了----急劇下降，即頻率響應不行。一般的信號均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對（duì）稱性，因此，用差分放大器（qì）時要小心它引起的誤差。參（cān）考相關（guān）數據數冊。不（bú）僅僅（jǐn）是在運（yùn）放電路中。隻要是電信號傳輸，都可以分為（wéi）共模和差模差模是（shì）兩根信號線之間的， 共模是信號對地的 所以隻要有信號傳輸就有共模幹擾。準確說是：一根線共模（mó）和差模疊加在一起（qǐ），無法區分（fèn），隻有雙線傳輸（shū）才（cái）能區分共模和差模。先看共模和差模（mó）的由來，也就是這種區分的價值

1. 傳導幹擾（rǎo）下：

假設係統的（de）公共參考點（“地”）受幹擾，電位發生了波動。其實電位這個概念嚴格說隻有相對意義，一個孤（gū）立點不存在什麽“電位（wèi）”，所以波動一定要相對另一個參考點（diǎn）的，例如：大地，或與你的板子或整機相連的（de）那個設備的參考（kǎo）點。這時，兩個設備間的兩根信號線上的幹（gàn）擾是近似相同的。

2. 空間耦合幹擾（rǎo）下：

電磁（cí）波具有一定的空間連續（xù）性，在很小的空間內，可以認為電磁波是均勻（yún）的，如果兩根線靠得很近，兩根線所受幹擾也是近似相同的。

按（àn）一般（bān）說法，任意一根信號（hào）線相（xiàng）對地線所受幹擾，就是共模幹擾。但隻有雙線傳輸時，共模和差模的（de）區分才有價值（zhí）。而且，一根（gēn）線可以有“共模”，但沒有差模。當然，概（gài）念也（yě）是人為定的。要麽按*說法（事實標（biāo）準），要麽按定義，比如，IEEE 標準。

下麵我們再來（lái）舉個例子來看看：

差分運放 一端加3 v 一（yī）端 2v

相當於一端加vd=0.5，vc=2.5

一端加: vd=-0.5，vc=2.5

任何（hé）一種信號,都（dōu）是共模（mó）與差模的複合，但（dàn）是是什麽決定了哪些是共模哪些是差模,就是看參考的信號（hào）了。單純的講一根線是沒有意（yì）義的，參考地（dì）其實隻不過是以地為0 信號。如果一端是VI，那麽地端（duān）相當於共模信號為VI/2，差模信號為-VI/2，綜合起來就為0 了而任意參考位為V2 的話，VI 裏麵的共模量應為(V1+V2)/2，差模量為(V1-V2)/2另一端相當於共模量(V1+V2)/2，差模量為-(V1-V2)/2，差模與共模隻有相比較才有意義。

簡單理解：你選擇了一個地之後，兩根線的相對（duì）高（gāo）度就是差模。而（ér）兩（liǎng）根線（xiàn）的高（gāo）度的平均值就是共模（mó），當兩（liǎng）根線的距離縮小到0，變（biàn）成一根線（xiàn）時，就隻有一個高度了，因此它的值就是共模。

此外，這裏有一些在公開發表的學術期刊（kān）上的定義，都是各個（gè）作者的理解，供參考：

1. 共模幹擾是指幹擾（rǎo）電壓出現（xiàn）在儀表（biǎo）輸人端的一端(正端或負端)對地之間的交流信號,它可用晶體管電壓（yā）表跨接於儀（yí）表輸人端的一端(正端或負端（duān）)與地之間測量,一（yī）般對地幹擾（rǎo）大多在幾伏到幾十伏的範圍內

2.共模幹擾是指電路中（zhōng）兩個被測量點電位相對大地同時發生同方向（xiàng）交化而產生的幹（gàn）擾,而差模jf 擾（rǎo）則是電路中兩個被測量點的電（diàn）位（wèi）差發生相對（duì）變化（huà）而產生的幹擾

3. 共模幹擾是指模數轉換器兩個輸入端上共有的幹擾電壓,它可能是直（zhí）流或交流電壓,電壓幅值可根據（jù）應用現場（chǎng）的環境達幾伏甚至（zhì）更高（gāo）.共模幹擾又稱共態幹擾,常用共模抑製比(CMRR)表示輸入電路對共模（mó）幹擾的抑製能力

4. 共模幹擾是指由電（diàn）源的相線與地線所構成回路中的幹擾.差模幹擾是（shì）指電（diàn）源的相線（xiàn）和相線所構（gòu）成的回路中的幹（gàn）擾.傳導（dǎo）幹擾主要是由電路（lù）中高速切換的電壓（yā）、電流與雜（zá）散寄生參（cān）數之間相互作用而產生的高頻震蕩所引起（qǐ）

5. 實際上傳導幹擾又有共模和差模之分,所謂共模幹擾是指地（dì）線與相（xiàng）線幹擾信號,線間的相位相同、電（diàn）位相等,而差（chà）模幹擾是（shì）相（xiàng）線間幹（gàn）擾信號相位差180(電位相（xiàng）等)

6. 共（gòng）模幹擾是指在保護裝置所有電路或電路的某（mǒu）一點與地(或外殼)之間形成的幹擾（rǎo）(電位),如圖1 中的Vt 所（suǒ）示.它是保護裝置工作不正常的重要原因

7. 共模幹（gàn）擾”是指幹擾大小和方向一（yī）致,其存在於電源任何（hé）一相對大地、或中線對大地間.共（gòng）模幹擾也稱縱模幹擾、不對稱（chēng）幹擾或接地幹擾（rǎo）,是載流體與大地之（zhī）間的幹（gàn）擾共模（mó）信號和差模（mó）信號是指差動（dòng）放大器雙（shuāng）端輸入時的輸入信號。

共模信號：雙端輸入時，兩個信號相同。

差模信號：雙端輸（shū）入時，兩個信號的（de）相位相差180 度。

任何兩個信號都可以分解為共模信號和差模信號。

設兩路的輸入信號分別為： A,B.

m,n 分別為（wéi）輸入信（xìn）號A，B 的共（gòng）模信號（hào）成分和差模信號成分。

輸（shū）入信號A，B 可分別表示為：A=m+n；B=m-n

則（zé）輸入信號A,B 可以看成一個共模信號 m 和差模信號 n 的合成。

其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。

差動放大器將兩個（gè）信號作差，作為輸出信號。則輸出的（de）信號為A-B，與原先兩個信號中的共模信號和差模信號比較，可以發現（xiàn）：

共模信號m=(A+B)/2 不見了，而差模信號n=(A-B)/2 得到兩倍（bèi）的放大。

這（zhè）就（jiù）是差模放（fàng）大器的工作原理。

差分（fèn）信號一般是前級輸入的，或者一段接共模信號，一端接輸（shū）入信號（hào）。前麵，可以用單端轉雙端啊。

對於差分放（fàng）大，首先（xiān）要（yào）建立正（zhèng）確的靜態工作點，也就是共模（mó）信號，譬如vcc 為1.8v 的時候，輸（shū）入的共模（mó）信號一般是0.9v，放大的差分信號是（shì）在0.9v 上下擺動的信號~