标签: 共模

一、差分对内两信号的走线长度相等 该要求是基于以下两个因素而提出的。 (1) 时序要求： 由于差分信号的时需参考点是对内两信号边沿的交叉点，差分对内两信号走线长度的差异会造成交叉点的偏移，可能对时序产生影响。 (2) 共模噪声： 差分对内两信号的走线长度存在差异时，在参考平面上的回流无法全部抵消如果参考平面存在分割的情况，那么在回流路径上将会产生共模噪声，叠加到差分信号上面，严重时将导致EMI问题。 差分对内两信号走线等长更多是基于在共模噪声的原因上提出的。对于时序。即使线长存在微小差异，对时序的影响也是较小的，比如100MIL的长度差异，对时序的影响只有几十皮秒，所以不足以造成严重的问题。而这种微小的长度差异，却可能带来后级电路无法抑制的共模噪声，影响全系统的emc性能。 二、差分对内两信号的间距越小越好 这个要求也是基于以下两因素提出的。 (1) 间距越小， 附近的干扰对差分对内两信号的影响接近于等同，然后来实现近似的抵消。 (2) 减少电磁干扰。 差分对内两信号的电流方向相反，形成了电流环路，那么同样差分对信号的两个回流信号也形成了电流环路，根据电磁理论，电流环路能形成磁场，磁场又能产生电场，从而对系统构成了电磁干扰，所以为了减少电磁干扰，应该减小电流环路，即减小差分对内两信号的间距。 三、差分对内两信号的间距保持一定 信号之间的间距很大程度上决定了差分对信号的阻抗。 四、差分信号的阻抗控制 差分信号的阻抗在三个方面表现出来：差分对信号线宽及铜箔厚度，差分对内两信号的间距，差分对信号间距参考平面的距离。由此可见，差分对内信号的间距并不能无限制的减小。 五、尽量保持差分对附近的过孔均匀分布 在高密度电路板上，无法保证所有的信号过孔都远离差分对信号线，但是过孔相对于差分对均匀分布有助于抵消干扰。 以上就是我们在差分对信号的应用中需要注意的五点要求，感兴趣的朋友记得关注哦。

身在电子行业的工程师们对 RS485 接口必然不陌生，在工业控制场合， RS485 总线因其接口简单，组网方便，传输距离远等特点而得到广泛应用。对 RS485/232 接口的防护方案设计必然也是极为熟悉的， RS485/232 走线很长且置于室外，易受其他线路干扰、易有过压现象、易受雷击，针对 RS485 芯片的保护，硕凯电子就有两种防护方案，本篇小硕要分享的是基于 P0300SA 半导体放电管 的 RS485 防护方案设计思路。 首先，工程师要对半导体放电管有一定的了解，半导体放电管是一种过压保护器件，是利用晶闸管原理制成的，依靠 PN 结的击穿电流触发器件导通放电，可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。具有精确导通、快速响应（响应时间 ns 级）、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点，其击穿电压的范围，构成了过压保护的范围。以下是半导体放电管 P0300SA 的具体参数与特性：   P0300SA 的参数： 封装： DO-214AA 电压： 25V 电流： 50mA 容值： 15~140pF ，更多半导体放电管型号规格参数可直接访问硕凯电子官网。 P0300SA 的特性： 1 、低电压过冲 2 、低通态电压 3 、多个浪涌极限事件之后不能降低浪涌能力 4 、当浪涌超过额定值时会短路故障 5 、低电容 RS485 和 RS232 一样都是基于串口的通讯接口，数据收发的操作是一致的，但是它们在实际应用中通讯模式却有着很大的区别， RS232 接口为全双工数据通讯模式，而 RS485 接口为半双工数据通讯模式，数据的收发不能同时进行，为了保证数据收发的不冲突，硬件上是通过方向切换来实现的，相应也要求软件上必须将收发的过程严格地分开。另有一个问题是信号地，其中有二个原因： (1) 共模干扰问题： RS-485 接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围， RS-485 收发器共模电压范围为 -7 ～ +12V ，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路**模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。 (2)EMI( 电磁兼容性 ) 问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），信号中的共模部分就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 RS485 防护方案说明及注意事项： 1 、本方案采用残压很低的 TSS1/TSS2/TSS3 ，有效保护了 RS485/232 芯片，满足 IEC61000-4-5 、 GBT17626.5 等浪涌标准 2 、方案中的 TSS 反应时间为 ns 级，既可防浪涌，又可防静电，满足 IEC61000-4-2 、 GBT17626.2 等静电标准 3 、方案中的 TSS 结电容小，信号无衰减，不影响控制线的传输 4 、本方案在差模，共模均采用的是同型号的 TSS ，防护无死角 5 、可通过 10/700 μ s （等效内阻 40ohm ）浪涌测试，静电测试，具体防护等级请参考电路防护图及 TSS 的具体参数。

　 1.信号线用共模扼流圈的偏移改善功能 　　在信号线中使用共模扼流圈的目的在于消除共模噪音，由于共模扼流圈是变压器的应用元件，因此可以寄希望于差动传输电路的偏移改善功能。在差动传输电路中，将两条线路设计成平衡状态是最理想的，但是由于制造不均衡而导致的线路不平衡事件也时有发生。在这种情况下，两条线路的信号到达时间会发生差别，这便导致了传输信号发生偏移。 　　在此处放入共模扼流圈后便可减少偏移。 　　图2展示了通过共模扼流圈改善偏移的结构 　　共模扼流圈与变压器结构相同，因此当两条信号线的上升/下降时机不均衡时，共模扼流圈就在相反一侧产生电动势，以确保电流的均衡。这种做法可以使差动信号的时机一致，改善偏移。 　　这是在故意设定了不同线路长度的差动传输线中检测到的波纹，可以看出，在不放入滤波器（共模扼流圈）的情况下，DOUT+和DOUT-的上升/下降时机有所偏差。 　　DOUT+与DOUT-的总和在两条线路保持平衡的情况下应该是固定值，此时由于平衡被破坏，偏移在一定程度上存在。 　　当放入了共模扼流圈时，两条线路的上升/下降时机一致，可以看出DOUT+与DOUT-的总和基本固定，偏移得以改善。 　 　2.共模扼流圈的等价电路图 　　下面的内容我想内行人应该已经知道了，但是由于我经常被问到这些问题，所以想借此机会介绍一下共模扼流圈的等价电路图中记载的黑点的意思。 　　共模扼流圈的等价电路图如图4所示。 　　与变压器形状基本相同。在线圈一侧有两个地方标记了黑点。 　　经常有人问：“这表示线圈开始绕转吗？”实际上这并不表示在黑点处有什么东西，而是表示两个线圈中磁力结合的方向。在以前的报道中，已经说明了共模扼流圈的结构。共模扼流圈在工作时需要两个线圈中发生的磁通量与共模电流之间互相强化，同时与差动模式电流之间互相抵消。 　　因此，当2个线圈的绕转方向发生错乱时，往往会产生相反的效果。 　　如图5的上半部分所示，当等价电路上的黑点与线圈处于同一侧时，磁力结合作为共模扼流圈发挥作用，如下半部分所示，当等价电路上的黑点处于线圈的另一侧时，磁力结合将不再作为共模扼流圈发挥作用。 　　可见，黑点位置表示每个线圈的磁力结合方向，并不意味着有黑点的一侧有任何东西。 　　另外，这个黑点原本表示使用变压器时的电压极性。（www.aoelectronics.com/main.php）

    一直以来对共模和差模的了解非常模糊，不是很清楚，现在就总结下，来自网络，有不正确的地方希望大家一定要提出来，共同学习进步。       首先是共模信号和差模信号的定义，差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值；而共模信号又称对地信号,指的是两根线分别对地的信号。     差模信号：大小相等，方向相反的信号，共模信号：大小相等，方向相同的信号。       对于两输入系统来说，共模是两输入端的算术平均值,差模是两输入端的差值。       　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.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干扰，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。  

  昨晚在21IC社区上逛了一晚，看到那些大牛对差模电压和共模电压的各种真知灼见，真是感慨万千，特将那些大牛的经典语录摘录下来，以供学习（尤其是赤铸和computer00两位大牛的解释真是精彩）。 赤铸： 我们需要的是整个有意义的“输入信号”，要把两个输入端看作“整体”。 就像初中时平面坐标需要用 x,y 两个数表示，而到了高中或大学就只要用一个“数”v，但这个 v 是由 x,y 两个数构成的“向量”…… 而共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为 vi = (vi+, vi-) 也可以表示为 vi = (vic, vid) c 表示共模，d 表示差模。两种描述是完全等价的。只不过换了一个认识角度，就像几何学里的坐标变换，同一个点在不同坐标系中的坐标值不同，但始终是同一个点。 运放 的共模输入范围：器件（运放、仪放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑制比 CMRR）条件下允许的共模信号的范围。 显然，不存在“某一端”上的共模电压的问题。 但“某一端”也一样存在输入电压范围问题。而且这个范围等于共模输入电压范围。 道理很简单：运放正常工作时两输入端是虚短的，单端输入电压范围与共模输入电压范围几乎是一回事。 对其它放大器，共模输入电压跟单端输入电压范围就有区别了。 例如对于仪放，差分输入不是 0，实际工作时的共模输入电压范围就要小于单端输入电压范围了。 computer00： 两只船,分别站着一个MM和一个GG. MM和GG手拉着手. 当船上下波动时,MM才能感觉到GG变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。 当水位升高或者降低时,MM并不能感觉到这个拉力. 这两个船离水底的绝对高度就是共模信号。 MM和GG只对差模信号响应，而对共模信号不响应。当然，也有一定的共模范围了，别沉到了水底,这样船都无法再波动了。 水位也别太高，高了会顶到天的........... 赤铸： 理论上，MM和GG应该只对差模有响应 但实际上，由于船上下颠簸，MM和GG都晕了，明明只有共模，却产生了幻觉：似乎对方相对自己在动。这就说明，MM和GG内力较弱，共模抑制比不行啊 换杨过和小龙女试试，人家那指标大概就不一样了 computer00： 当然,差模电压也不可以太大，否则会把MM和GG拉开的... iC921： 主要是这句“共模是两输入端的算术平均值,差模是直接的P端与N端的差值”。 共模电压应当是从源端看进来时，加到放大电路输入端的共同值，差模则是加到放大电路两个输入端的差值。 共模电压有直流的，也有交流的。直流的称为直流共模抑制（比），交流的称为交流共模抑制（比），统称共模抑制（比）。一般的放大器特别是仪表放大器，有较好的直流共模抑制，但对交流共模抑制，频率一高往往就不行了----急剧下降。 一般的信号均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破坏电路的对称性，因此，用差分放大器时要小心它引起的误差。参考AD629。 computer00： 不仅仅是在运放电路中。只要是电信号传输，都可以分为共模和差模 赤铸： 差模是两根信号线之间的 共模是信号对地的 所以只要有信号传输就有共模干扰 准确说是：一根线共模和差模叠加在一起，无法区分，只有双线传输才能区分共模和差模 公开发表的学术期刊上的定义，其实也都是各个作者的理解 1. 共模干扰是指干扰电压出现在仪表输人端的一端(正端或负端)对地之间的交流信号,它可用晶体管电压表跨接于仪表输人端的一端(正端或负端)与地之间测量,一般对地干扰大多在几伏到几十伏的范围内 2. 共模干扰是指电路中两个被测量点电位相对大地同时发生同方向交化而产生的干扰,而差模jf扰则是电路中两个被测量点的电位差发生相对变化而产生的干扰 3. 共模干扰是指模数转换器两个输入端上共有的干扰电压,它可能是直流或交流电压,电压幅值可根据应用现场的环境达几伏甚至更高.共模干扰又称共态干扰,常用共模抑制比(CMRR)表示输入电路对共模干扰的抑制能力 4. 共模干扰是指由电源的相线与地线所构成回路中的干扰.差模干扰是指电源的相线和相线所构成的回路中的干扰.传导干扰主要是由电路中高速切换的电压、电流与杂散寄生参数之间相互作用而产生的高频震荡所引起 5. 实际上传导干扰又有共模和差模之分,所谓共模干扰是指地线与相线干扰信号,线间的相位相同、电位相等,而差模干扰是相线间干扰信号相位差180(电位相等) 6. 共模干扰是指在保护装置所有电路或电路的某一点与地(或外壳)之间形成的干扰(电位),如图1中的Vt所示.它是保护装置工作不正常的重要原因 7. 共模干扰”是指干扰大小和方向一致,其存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间.共模干扰也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰,是载流体与大地之间的干扰 先看共模和差模的由来，也就是这种区分的价值 1. 传导干扰下： 假设系统的公共参考点（“地”）受干扰，电位发生了波动。其实电位这个概念严格说只有相对意义，一个孤立点不存在什么“电位”，所以波动一定要相对另一个参考点的，例如：大地，或与你的板子或整机相连的那个设备的参考点。这时，两个设备间的两根信号线上的干扰是近似相同的。 2. 空间耦合干扰下： 电磁波具有一定的空间连续性，在很小的空间内，可以认为电磁波是均匀的，如果两根线靠得很近，两根线所受干扰也是近似相同的。 按一般说法，任意一根信号线相对地线所受干扰，就是共模干扰。但只有双线传输时，共模和差模的区分才有价值。而且，一根线可以有“共模”，但没有差模 概念也是人为定的。要么按公认说法（事实标准），要么按权威定义，比如，IEEE标准。 leeice： 差分运放 一端加3 v 一端 2v 相当于一端加 vd=0.5 vc=2.5 一端加: vd=-0.5 vc=2.5 任何一种信号,都是共模与差模的复合 但是是什么决定了哪些是共模哪些是差模,就是看参考的信号了 单纯的讲一根线是没有意义的 参考地位其实只不过是以地为0信号 如果一端是VI, 那么地端相当于共模信号为VI/2 差模信号为-VI/2 综合起来就为0了 而任意参考位为V2的话 VI里面的共模量应为(V1+V2)/2 差模量为(V1-V2)/2 另一端相当于共模量(V1+V2)/2 差模量为-(V1-V2)/2 差模与共模只有相比较才有意义吧 个人理解的,不知道对不对 computer00： 简单理解：你选择了一个地之后，两根线的相对高度就是差模。 而两根线的绝对高度的平均值就是共模，当两根线的距离缩小到0，变成一根线时，就只有一个高度了，因此它的绝对值就是共模。 转自：  http://www.xinshili.net/bbs/thread-911-1-1.html