詳解差模電壓和共模電壓

差模電壓與共模（mó）電（diàn）壓

我們需要（yào）的是整個有意義的“輸（shū）入信號”，要（yào）把兩個輸入端（duān）看作（zuò）“整（zhěng）體”。就（jiù）像平（píng）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 v 是由（yóu） x,y 兩個數構（gòu）成的“向量”……

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（biǎo）示為 vi = (vic, vid)

c表示共模（mó），d 表示差（chà）模。兩種描述是（shì）*等價的。隻不過換了（le）一個認識角度，就像幾何學（xué）裏的坐標變換，同一個點在不同坐標係中的坐標值不同，但始終是同一個點。運放的共模輸（shū）入範圍：器件（運放、儀放……）保持正常放大功能（保持一定（dìng）共模抑製比 CMRR）條件下允許的共模信號（hào）的範圍。顯然，不存在“某一端”上的共模電壓的問題。但“某（mǒu）一端（duān）”也一樣存在輸（shū）入電壓範圍問題。而且這個範圍（wéi）等於共（gòng）模輸入電壓範圍。道理很簡單：運放正常工作時兩輸入端是虛（xū）短的，單端輸入電壓範（fàn）圍與共模輸入電壓範圍幾（jǐ）乎是一回事。

對其它放大器（qì），共模輸入電壓跟（gēn）單（dān）端輸入電壓範圍就（jiù）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（rù）電壓範圍就要小於單端輸入（rù）電壓範圍了。

可以通俗的理解為：

兩隻船靜止在水麵（miàn）上，分別站著兩個人，A 和（hé）B。 A 和B 相互（hù）拉（lā）著手。當船上下（xià）波動時，A 才能感覺到B 變化的拉力。這兩個船之（zhī）間（jiān）的高度差就是（shì）差（chà）模信號。當水位上升或者下降時，A 並不能感覺到（dào）這（zhè）個拉力。 這兩個船（chuán）離水底的高度就是共模信號。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（dìng）的共*圍了，太低會沉到水底，這（zhè）樣船（chuán）都無法再波動了。太高，會使會水溢出而形成水流導致（zhì）船沒法在水麵上停留理論上，A 和B 應該隻是對差（chà）模（mó）有響應但實（shí）際上，由於船上下顛簸，A 和B 都暈了，明明隻（zhī）有共（gòng）模，卻產生了幻覺：似乎（hū）對（duì）方相對自己在動。這就說（shuō）明，A 和B 內力較弱（ruò），共模抑製比不行啊（ā）。當然,差模電（diàn）壓也不可以太大，否則會（huì）導致把A 和B 拉開。主要是 “共模是兩輸（shū）入端的算術平均值,差模是直接的同相端與反相端的差（chà）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（zhí）。共模電壓有直流（liú）的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑製（比），交流的（de）稱為交流（liú）共模抑製（比），統稱共模抑（yì）製（比）。一般的放大器特別是儀表放大器，有較好的直流共（gòng）模抑製，但（dàn）對（duì）交流共模抑製（zhì），頻率一高往往就不行了----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（chéng）度破壞電路的對稱性（xìng），因此，用差分放大器（qì）時要小心它引（yǐn）起的（de）誤差。參考（kǎo）相關數據（jù）數（shù）冊。不僅僅是在運放電（diàn）路中。隻要是電信號傳輸，都可以分為共模和差模差模是兩根信號線之間的， 共模是信號對地的 所以隻要有信號傳輸就（jiù）有共模幹擾。準確說是：一根線（xiàn）共（gòng）模和差模疊加在（zài）一起，無法區分，隻有雙線傳輸才能區分共模和差模。先看共模和差模的由來，也就是這種區分的價值（zhí）

1. 傳導幹擾下：

假設係（xì）統的公共（gòng）參考點（“地”）受幹擾，電位發生了波動。其（qí）實電（diàn）位這個概念嚴格說隻有相對意義，一個孤立點不存在什麽“電位”，所以波動一定（dìng）要相對另一個（gè）參考點的，例如：大地，或與你的板子（zǐ）或整機相連的那個設備的參考點（diǎn）。這時，兩個設備間的兩根信號線上的幹擾是近似（sì）相同的。

2. 空間耦合幹擾下：

電磁（cí）波具有一定的空間連續性，在很小的空間內，可以認為電磁波是均勻的，如果兩根線靠得很（hěn）近，兩根線（xiàn）所受幹擾（rǎo）也是近似相（xiàng）同的。

按一般（bān）說法，任意一根信號線相對地（dì）線所受幹擾，就是共（gòng）模幹擾。但隻有雙線傳輸時，共模和差模的區分才有價值。而且，一根線可以有“共模”，但沒有差模。當然，概念也是人為定的。要麽按*說（shuō）法（事實標準），要麽按定義（yì），比如，IEEE 標準。

下麵我們再（zài）來舉個例子來看看：

差分運放 一端加3 v 一端 2v

相當於（yú）一端加vd=0.5，vc=2.5

一端加: vd=-0.5，vc=2.5

任（rèn）何一種信號,都是共（gòng）模與差模的複（fù）合，但是（shì）是什麽決定了哪些是共模哪些是差（chà）模（mó）,就是看參（cān）考的信號了。單純的講一根線是沒有意義的，參考地其實隻不過是（shì）以地為0 信號（hào）。如果一端是（shì）VI，那麽地端相當於共模信號為VI/2，差模信號為-VI/2，綜合（hé）起來就為0 了而任意（yì）參考位為V2 的話，VI 裏麵（miàn）的共（gòng）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（gòng）模隻有相比較才有意義。

簡單理解：你選擇了一（yī）個地之後，兩根線的相對高度就是差模。而兩根線的高度的平均值就是共模，當兩根線的距離（lí）縮小到0，變（biàn）成一根（gēn）線時，就隻（zhī）有一個高度了，因（yīn）此它（tā）的值就是（shì）共（gòng）模。

此外，這裏有一些在公開發表的（de）學術期（qī）刊上的定義，都是（shì）各個作者的理解，供參考：

1. 共（gòng）模幹擾是指（zhǐ）幹擾（rǎo）電壓出現（xiàn）在儀表輸人端的一端(正端或負端)對（duì）地之間的交流信號,它可用晶體管電壓表跨接於（yú）儀（yí）表輸人端的（de）一端（duān）(正端或（huò）負端)與地之間測量,一（yī）般（bān）對地幹擾大多在幾伏到幾十伏的範圍內（nèi）

2.共模幹擾（rǎo）是指電路中兩個被測量點（diǎn）電（diàn）位相對大（dà）地同時發（fā）生同方向交化而產生的（de）幹擾,而（ér）差模（mó）jf 擾（rǎo）則是電路中兩個被測量點的電位差發生相對變化而（ér）產（chǎn）生的幹擾

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

4. 共模幹擾是指由（yóu）電（diàn）源的相線與地線所構成回路中的幹（gàn）擾.差模幹擾是指電源的相線和相線所構成的回路中的幹擾.傳導幹擾主要是由電路中（zhōng）高（gāo）速切換的電壓、電流與雜散寄生參數之間相互作用而產生（shēng）的高（gāo）頻震蕩所引起

5. 實際上傳導幹擾（rǎo）又有共模和差模之分,所謂共模幹擾是指地（dì）線與相線幹擾信號,線間的相位相同、電位相等,而（ér）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所有電（diàn）路或電（diàn）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（shì）保護裝置工作不正常的重要原因

7. 共模幹擾”是指幹擾大小和方向一致,其存（cún）在（zài）於電源任何一相對大地、或中線（xiàn）對大地間.共模幹擾也稱縱模幹擾、不對稱幹（gàn）擾（rǎo）或（huò）接地幹擾,是載流體與（yǔ）大地之間的幹擾共模信號和差模信號是指差動放大器雙端輸（shū）入（rù）時的輸（shū）入信號。

共模信號：雙端輸入時，兩個信號（hào）相同。

差模信號：雙端輸入（rù）時，兩個信號的相位相差180 度。

任何兩個（gè）信號都可以分解為（wéi）共模信號（hào）和差模信號。

設兩（liǎng）路的輸入信（xìn）號分別為： A,B.

m,n 分別為輸入信號A，B 的共模信號成分和差模（mó）信號成分。

輸入信號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（chéng）一個共模信號 m 和差模信號 n 的合成（chéng）。

其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。

差動（dòng）放大器將兩個信號（hào）作差，作為輸出信號。則輸出的信號為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：

共（gòng）模（mó）信號m=(A+B)/2 不（bú）見了，而差模信號n=(A-B)/2 得到兩倍（bèi）的放大。

這就是（shì）差模放大器的工作原理。

差分信號一般是（shì）前級輸（shū）入的，或者一段接共模信號（hào），一（yī）端接輸入信號。前麵，可以用單端轉雙端啊。

對於差分（fèn）放大，首先要（yào）建立正（zhèng）確的靜（jìng）態（tài）工作點，也就是共模信號，譬如vcc 為（wéi）1.8v 的時候，輸（shū）入的共模信號一般是0.9v，放大的差分信（xìn）號是在0.9v 上下擺動的信（xìn）號~