什么是“共模”噪声？

有人可以解释什么是“共模”噪声，它怎么可能有问题？

我通常会理解信号上的“噪音”。如果我在电路板上有一个“嘈杂的” + 5V电源轨，那么我将不会获得+5的恒定值，它会在该标称值之上和之下反弹…… 但仍然是相对的电路COM。

我对“共模”噪声的模糊理解是，这是双方均等变化的地方。（这是我的理解崩溃的地方），就是说，这对夫妇在……方面反弹了什么？接地？

什么是共模噪声？

几乎所有集成电路（和一般电路）都有一个名为“地”或“ GND”的引脚，或者数据表中写有“将VSS接地”之类的内容。

当“远距离”传输数据时，电线充当天线，很容易吸收几伏特的噪声，并且还会辐射出噪声。因此，例如，相对于同一“线路驱动器”芯片的接地引脚测得，一个盒子中的芯片上的输出引脚可以传输大约0.5 V的“ 0”并传输大约2.5伏的“ 1”位。

在远处，导线的另一端通常连接到“线路接收器”芯片上的引脚。由于噪声的原因，当发送器尝试发送“ 0”时，相对于同一线路接收器的接地引脚测量的该输入引脚上的电压通常可能在-1.5 V至+2.5 V范围内的任何地方，并且当变送器尝试发送“ 1”时，范围在0.5 V至4.5 V范围内的任何位置。

那么，当接收器获得0.9或2.2的电压时，接收器如何知道发送器是尝试发送1还是0？

因此，长距离传输的数据通常使用差分信号在平衡对（通常是双绞线）上发送。特别是，USB，CANbus和MIDI电缆包括用于数据传输的单根双绞线。“ 2线”电话和FireWire使用两根双绞线。CAT5e以太网电缆包括四对双绞线。其他系统甚至使用更多对。通常（但并非总是如此），同一捆电缆中还有一些其他“地线”。

我们将其中一根导线标记为“正”或“正”或“ +”或“ p”，另一根导线标记为“负”或“-”或“负”或“ n”。因此，当我想将“ CLK”和“ MOSI”信号从一个地方传输到另一个地方时，我的电缆有4条标记为pCLK，nCLK，pMOSI，nMOSI的电线。

CLK 的共模电压是两条CLK线的平均值（pCLK + nCLK）/ 2，在接收器处测得-相对于该接收器的GND引脚。

MOSI的共模电压是两条MOSI线的平均值（pMOSI + nMOSI）/ 2，在接收器处测得-相对于该接收器的GND引脚。

设计线路驱动器的人们试图使“ p”线拉高，同时使“ n”线下降，反之亦然，因此平均电压（在驱动器处测得）是恒定的- -在此示例中，驱动器处的平均值为恒定1.5V。（可惜，它们从未完全成功）。

如果没有噪声，那么共模电压也将是相同的恒定值-但是，事实并非如此。

每当通过差分信号传输数据时，无噪声共模电压和实际共模电压之间的差异完全由噪声引起。这种差异称为共模噪声。

共模噪声有3个主要原因：

• “ - ”许多差分对在不切换的“+”，以及如何推动在电线恰好在同一时间，或完全一样的电压，或者是少量的线路驱动器的电源轨泄漏噪音到只有“ +”线而不是“-”线，会引起一些共模噪声。（通常使用电缆“驱动器”端上的铁氧体扼流圈来减少此源的共模噪声）。
• 电缆束中的其他电线可能比另一根电线泄漏更多的能量到这对电线中的一根电线上-通常是通过电容耦合。（通常使用每根线对每根线缠绕不同数量的扭曲，以减少来自此源的共模噪声）。
• 外部干扰-通常通过电感耦合。

共模噪声怎么会成问题？

人们试图设计线路接收器以抑制共模噪声。（las，他们永远不会完全成功）。但是，即使在将差分信号与此类线路接收器一起使用的系统中，共模噪声仍然可能存在问题：

• 较长的通讯线充当天线。如果线路驱动器沿电线发送过多的共模噪声，则将导致与其他设备的射频干扰，并导致系统无法通过FCC测试或CE测试，或两者均无法通过电磁兼容性（EMC）。

• 一些共模噪声会通过线路接收器泄漏- 共模抑制比不是无限的。对于模拟信号，这是一个大问题。通常数字1和0都不成问题。

• 当任何一个引脚被迫过高或两个低压时，大多数集成电路都无法正常工作-低于GND引脚以下0.6 V且高于电源引脚以上0.6 V的电压通常会引起问题。由于共模噪声很容易将“ +”或“-”信号或两者都推到该范围之外，因此线路接收器电路必须将导线连接到特殊的集成电路（例如“扩展共模RS-485收发器” “）可以应付此类旅行；或将导线连接到一些保护IC不受此类干扰的非集成电路组件，例如MIDI中使用的光隔离器或以太网中使用的变压器。

$(V_+ + V_-)/2$

$V_+ - V_-)$

突出区别的一个特殊示例是专业音频，它使用带有XLR连接器的双绞线电缆传递信号，而消费类音频则使用单端信号传递。

如果您没有很高的共模抑制比，那么即使是共模噪声也会带来问题。例如，如果使用容差不佳（即大多数）的电阻构建一个“典型”的运算放大器差分放大器，则共模抑制比将很低。

那么，回到“为什么会有问题”？-它的问题不如差分噪声少，但不一定是消除噪声信号的魔术技术，特别是如果硬件没有构建为最佳地衰减共模信号时。

正确，它们都相对于地球或您称为参考0V的任何地方反弹。想象一下，它就像弹簧上的电池一样-电池电压保持恒定，但是电池本身在各处飞来飞去。是的，我知道，这是一个不好的比喻！！！

通常，共模噪声是指差分对的两条线相对于从其获取输入的设备的电源跳动。通常相对于负轨，正轨或两者之间的某个点来测量跳动并不重要，因为在共模噪声很重要的情况下，它通常比电源噪声大一个数量级。

如果设备的输入相对于负轨具有例如0.1伏的共模噪声，并且设备的电源上存在10mv的噪声，那么无论一个人选择了哪个电源参考点，共模噪声都会介于0.09至0.11伏之间 如果0.1伏的共模噪声不是问题，那么0.11也不可能。如果0.1伏特是一个问题，那么0.09也可能是一个问题。

共模噪声发生在三相或中性点与地面之间，而正常模式噪声发生在三相带电导体之间。有关更多详细信息，请参阅Dugan和Mark等人撰写的《电能质量手册》。

纳斯鲁拉·汗博士