詳解差模電壓和共模電壓

差模電壓與共（gòng）模電壓

我們需要的是整個有意義（yì）的“輸入信號（hào）”，要把兩個輸入端看作“整體”。就像平麵坐標需要用 x,y 兩個數表示，而到了高中或大學就隻要用一個“數”v，但這個（gè） v 是由 x,y 兩個數構（gòu）成（chéng）的“向量”……

而共模、差模正是“輸入（rù）信號”整體（tǐ）的屬（shǔ）性，差分輸入可以表示為

vi = (vi+, vi-)也可以表示為 vi = (vic, vid)

c表示共模，d 表示（shì）差模。兩種描述是*等價的。隻不過換了一個認識角度（dù），就像幾何（hé）學裏的坐標變（biàn）換，同一個點在不（bú）同坐（zuò）標（biāo）係中的（de）坐標（biāo）值不同，但始（shǐ）終是同一個點。運放的共模輸入範圍：器件（運放（fàng）、儀（yí）放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑製比 CMRR）條件下（xià）允許的共模信號的範圍。顯（xiǎn）然，不存在“某一端”上的共模電壓的問題。但“某一端”也一樣存在輸入電壓範圍問題。而且這個（gè）範圍（wéi）等於（yú）共模輸入電壓範圍。道理很簡單：運放正常工作（zuò）時兩輸（shū）入端（duān）是虛短的，單端輸入電壓範圍與共模輸入電壓範圍幾乎是一回事。

對（duì）其它放大器，共模輸入電壓跟單端輸入電壓（yā）範圍就有區別了。例如對於儀放，差分輸入不是 0，實際工作時的共模輸入電壓範圍就要小於單端（duān）輸（shū）入電壓範圍了。

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（lā）著手。當船上下波動時，A 才能感覺到B 變化的拉力。這兩個船之間的高度差就是差模（mó）信號。當水位（wèi）上升或者（zhě）下降時（shí），A 並（bìng）不能感覺到這個拉力。 這兩個船離水底的高度（dù）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（dāng）然，也（yě）有一（yī）定的共*圍了，太低會沉到水底（dǐ），這樣（yàng）船都無法再波動了。太高，會使會水（shuǐ）溢出而形成水流導致船沒法在水麵上停留理論上，A 和B 應該隻是對差模有響應但實際上（shàng），由於船上下顛簸，A 和（hé）B 都暈了，明明隻有共模，卻產生了幻覺：似（sì）乎對方（fāng）相對自己在動（dòng）。這就說明，A 和（hé）B 內力較弱，共（gòng）模抑（yì）製比不行啊。當然（rán）,差模電壓也不可以太大，否則會導致把（bǎ）A 和（hé）B 拉（lā）開。主要是 “共模是兩輸入端的算術平（píng）均值,差模是直接的同相端與反相端的差值”。

共模電壓應當是從源端看進來時，加到放大電路輸入端的共同值，差模則是加到放大電路兩個輸入端的差值。共模電壓有直流（liú）的，也有交流的。直流的稱為直流共模（mó）抑製（比），交流的稱為交流共模抑製（比），統稱共模（mó）抑製（比）。一般的（de）放大器特別是儀（yí）表放大器，有（yǒu）較好的直流共（gòng）模抑製，但對交流（liú）共模（mó）抑（yì）製，頻率一高往往就不行了----急劇下降，即頻率（lǜ）響應不行。一般（bān）的信號（hào）均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破（pò）壞電路的對稱性，因此，用差分放大器時（shí）要小心它引（yǐn）起的誤差。參考相關數據數冊。不僅僅是在運放電路中。隻要是電信號傳輸（shū），都可以分為共模和差模（mó）差模是兩根信號線之間的， 共模是信號對地（dì）的 所以隻要有信號傳輸就有共模幹擾。準確說是：一根線共模和差模疊加在一起，無法（fǎ）區分，隻有（yǒu）雙線傳輸才能區分共模和差模。先（xiān）看（kàn）共模和差模的由（yóu）來（lái），也就是（shì）這種區分的價值

1. 傳導幹擾下：

假設係統的公共參考點（“地”）受幹擾，電位發生了（le）波動。其實電位這個概念嚴（yán）格說隻有相對意義，一個孤（gū）立點不存在什麽“電位”，所以波（bō）動一定要相（xiàng）對另一個參考點的，例如：大地，或與你的板子或整機相連的那個設備（bèi）的參考點。這時，兩個設備間（jiān）的兩根信號線上的幹擾（rǎo）是近（jìn）似相同的。

2. 空間耦（ǒu）合幹擾下：

電磁（cí）波具有一定的空間連續性，在很小的空（kōng）間內，可以認為電磁波是均勻的，如（rú）果兩根線靠得很近，兩根線所受幹擾也（yě）是（shì）近似相同的。

按一般說（shuō）法，任意一（yī）根信號線相對地（dì）線所受幹擾，就是共模幹擾。但隻有雙線傳輸時，共模和（hé）差模的區分才有價值。而且，一根線可以有“共（gòng）模”，但沒有差模。當然，概（gài）念（niàn）也是人（rén）為定（dìng）的。要麽（me）按*說法（事（shì）實（shí）標準），要麽按定義，比如（rú），IEEE 標準。

下麵我們再來舉個（gè）例子來看看：

差分運放（fàng） 一端加3 v 一端 2v

相當於一端加vd=0.5，vc=2.5

一端加: vd=-0.5，vc=2.5

任何一種信號,都是共模與差（chà）模（mó）的複合（hé），但是是什麽決定了哪（nǎ）些是共模哪些是（shì）差模,就是看參（cān）考的信號了。單純的（de）講一根線是（shì）沒有意義的，參考地（dì）其實隻不過是以地（dì）為0 信號。如果一端是VI，那麽地端相當於共模信號為VI/2，差（chà）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（xiàng）當於共模量(V1+V2)/2，差模（mó）量為（wéi）-(V1-V2)/2，差模與（yǔ）共模隻有相比較才有意（yì）義。

簡單理解：你選（xuǎn）擇（zé）了一個（gè）地（dì）之後（hòu），兩（liǎng）根線的相對高度就（jiù）是差模（mó）。而兩根線的高度的平均值就是共模，當兩（liǎng）根（gēn）線的距（jù）離（lí）縮小到0，變成一根線時（shí），就隻有一個高度了，因此它的值就（jiù）是共模。

此外，這裏有一（yī）些在公開發表的學術期刊上的（de）定義，都是各個作者的理解，供參考：

1. 共模幹擾是指幹擾電壓出現在儀表輸人端的（de）一端(正端或負端)對地之間的交流信（xìn）號,它可用晶體管電壓表跨接於儀表輸人端（duān）的一端(正端或負端)與地之間測量（liàng）,一般對地幹擾大多在幾（jǐ）伏到幾十伏的範圍（wéi）內

2.共模幹擾是指電路（lù）中兩個被測（cè）量（liàng）點電位相對大（dà）地同時發生同方向交化而產生的幹擾（rǎo）,而差模jf 擾則是電路中兩個（gè）被測量（liàng）點的電位差發（fā）生相對變化而產（chǎn）生的幹擾

3. 共模幹（gàn）擾是指模數轉換器兩個輸入端上共（gòng）有的幹擾電壓（yā）,它可能是直流（liú）或交流電壓（yā）,電壓幅值可根據應用現場的環境達幾伏（fú）甚至更高.共模幹擾又稱共態幹擾,常用共（gòng）模抑製比(CMRR)表示輸入（rù）電路對共模幹擾的（de）抑製能力

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

5. 實際上傳導（dǎo）幹擾又有共模和差模之分,所謂共模幹擾是指地線與相線幹擾信號,線間的相位相同、電位（wèi）相等,而差模幹擾是相線間幹擾信號相位差180(電位相等)

6. 共模幹擾是指在保護裝置（zhì）所有電路或電路的某一點與地(或外殼)之間形成的幹擾(電位),如圖1 中的Vt 所示.它是保護裝置工作不正常的重（chóng）要（yào）原因

7. 共模幹擾”是指幹擾大小和方向一致,其（qí）存在於電源任何一（yī）相對大（dà）地、或中（zhōng）線（xiàn）對大地間.共模幹擾也（yě）稱（chēng）縱模幹擾、不對稱幹擾或接地幹擾（rǎo）,是載流體與大地之間的幹擾共模信（xìn）號和差模信號是指差動放大器雙端輸入時的輸入信號。

共模（mó）信號：雙端輸入時（shí），兩個信號相同。

差模信號：雙端輸（shū）入時，兩個信（xìn）號的相位相差180 度。

任何兩個信號都可以分解為共模信號和差模（mó）信號。

設兩（liǎng）路的輸入信號分別為： A,B.

m,n 分別（bié）為輸入（rù）信號A，B 的共模信號成分和差模信號成分。

輸入信號（hào）A，B 可分別表示為：A=m+n；B=m-n

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

其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。

差動放大器將兩個信號作差，作為輸出信號（hào）。則（zé）輸（shū）出的信號（hào）為（wéi）A-B，與原先兩（liǎng）個信號中的共（gòng）模（mó）信（xìn）號和（hé）差模信號比較，可以發現：

共（gòng）模信號m=(A+B)/2 不（bú）見（jiàn）了，而差模信（xìn）號n=(A-B)/2 得到兩倍的放大。

這就（jiù）是差模放大（dà）器的（de）工作原理。

差分信號一般是前級輸（shū）入的，或者（zhě）一段接共模信號，一端（duān）接輸（shū）入信號。前麵（miàn），可以用單端轉（zhuǎn）雙端啊。

對於差分放大，首先要建立正確的靜態工作點，也就是（shì）共（gòng）模信號，譬如vcc 為1.8v 的時候，輸入的共模信號一（yī）般是0.9v，放大的差分信號是在0.9v 上下擺動的（de）信號~