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高频情况下的单端信号和差分信号的转换

Single-to-differential Conversion in

High-frequency Applications

Introduction

The aim of this application note is to provide the user with different techniques for sin-gle-to-differential conversions in high frequency applications.

The first part of this document gives a few techniques to be used in applications where a single-to-differential conversion is needed.

The second part of the document applies the same techniques to Atmel broadband data conversion devices, taking into account the configuration of the converters’ input buffers.

This document does not give an exhaustive panel of techniques but should help most users find a convenient method to convert a single-ended signal source to a differen-

tial signal.

Conversion Techniques in HF Applications

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Single-to-differential Conversion Techniques

Note:

All lines are 50? lines unless otherwise specified.

Technique 1: Direct Conversion Using a 1:√ 2 Balun The following implementation is the simplest one in theory but not necessarily the easi-est to implement in practice due to the limited availability of 1:√ 2 baluns.The typical configuration of this technique is the following:

Figure 1. Single-to-differential Conversion Using a 1:√ 2 balun

The disadvantage of this method is that it can be difficult to find a 1:√

2 balun on the mar-ket since the number of turns on the secondary has to be 2√ 2 times the number of turns on the primary.

For example, if the primary has 10 turns, then the secondary should have 2 x 7 turns,which could be of some difficulty (the total number of wires is 24 in this example, which is a huge number for an RF transformer). However, power hybrid junctions exist that have the same properties and may be found more easily.

The advantage of this configuration is that there is no insertion loss during the transfor-mation from single to differential (power from the primary to each secondary is conserved, P 1 = P 2 global power).

Furthermore, no additional discrete components are required for the matching between the source and the receiver.

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Technique 2: Conversion Using a 1:1 Balun

In the following configuration, a standard 1:1 balun is used.Figure 2. Single-to-differential Conversion Using a 1:1 Balun

The drawbacks of this solution is that a 100? (2 x 50?) resistor is required for the match-ing (50? at the source and 100? in parallel to 2 x 50? at the receiver input), and that

while P 1 is supplied at the source, only half the power is transmitted to the receiver (the loss is due to the 100? resistor): P 2 = P 1/2 in W (or P 1 - 3dB in dBm). Extra components are also required to provide biasing.

The advantage of this configuration is that it uses a standard 1:1 transformer that is easy to find on the market.

Notes:

1.The 100? resistor has to be placed as close as possible to the load (input buffer).

2.25? lines have to be used at the output of the balun.

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Technique 3: Conversion Using a 1:1 Balun with Double Secondary

In the following figure, a standard 1:1 double coil balun is used.Figure 3. Single-to-differential Conversion Using a 1:1 Double Coil Balun

Again, this configuration has one main disadvantage, which is that two 50? resistors are

required for the matching (50? at the source and 2 x 50? in parallel at the receiver input), and that as in the preceding technique, while P 1 is supplied at the source, only half the power is transmitted to the receiver (the loss is due to the 100? resistor): P 2 =P 1/2 in W (or P 1 - 3dB in dBm). In addition, 100? lines are required to keep the imped-ance matching.

The advantage of this configuration is that the middle point can be easily used for biasing.

Notes:

1.The 50? resistors have to be placed as close as possible to the load (input buffer).

2.25? lines have to be used at the output of the balun.

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Technique 4: Conversion Using a 1:1 Balun with

Twisted Cable

This last configuration uses a 1:1 balun but in a totally different way: it makes use of the

fact that each coil has the same potential drop. In this configuration, however, the pri-mary and secondary are well-isolated from one another. Figure 4. Single-to-differential Conversion Using a 1:1 Twisted Pair Balun

The drawback of this configuration is that there is a dissymmetry at low frequencies (the

threshold depends on the manufacturer’s specifications): what is transmitted in BF on the primary branch is not on the secondary since the latter is grounded. A simple way to recover a symmetry at low frequency is to add a third whorl in parallel to the primary and connected to ground (see Figure 5 on page 6).

The other drawback is that only half the power is transmitted from the source to the receiver.

However, the advantage of this configuration is that the primary and secondary are well-isolated from one another.

When using this kind of transformer, special care has to be taken with regard to the specifications of the twisted pair, in particular for which impedance environment the transformer was built.

Notes:

1.The AC coupling capacitors may be removed if the common mode is ground.

2.The AC coupling capacitors have to be placed as close as possible to the load (input

buffer).

3.The two 50? external resistors have to be placed as close as possible to the load

(input buffer).

4.25? lines have to be used at the output of the balun.

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Technique 5

Figure 5. Single-to-differential Conversion Using a 1:1 Twisted Pair Balun

Like the previous configuration, the LF which is not transmitted by the secondary is not by the primary either.

Notes:

1.The AC coupling capacitors may be removed if the common mode is ground.

2.The AC coupling capacitors have to be placed as close as possible to the load (input

buffer).

3.The two 50? external resistors have to be placed as close as possible to the load

(input buffer).

4.25? lines have to be used at the output of the balun.

Single-to-differential Conversion Applied to Atmel Broadband Data Conversion Devices

Notes:

1.All lines are 50? lines unless specified otherwise.

2.The external capacitors and resistors have to be placed as close as possible to the

load.

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Figure 6. 2 x 50? to Ground Internal Receiver Termination (Ground Common Mode)

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Figure 7. 2 x 50? to Ground External Receiver Termination (Ground Common Mode)

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Figure 8. 2 x 50? to Ground via a Capacitor Receiver Termination

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Figure 9. 2 x 50? to Ground with Biased Common Mode Receiver Termination

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Figure 10. External 2 x 50? to Ground with Internally Biased Common Mode Receiver Termination

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Figure 11. Internal 2 x 50? to Ground with Internal Bias Receiver Termination

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Single-to-differential Transformers - References

This section gives some examples of transformers available on the market. They are provided for information only and are not exhaustive.

Wideband Transformer 4 to 2000 MHz GLSW4M202 from Sprague-Goodman

Figure 12. GLSW4M202 Pin Configuration

Figure 13. GLSW4M202 Typical Insertion Loss

Table 1. GLSW4M202 Guaranteed Specification (from -40°C to 125°C)

Impedance (?)

Turns

Ratio 3 dB Band Limits (MHz)Loss at 20 MHz (dB) Max Model Number 50:50

4-2000

0.5

GLSW4M202

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Wideband Transformer 4.5 to 1000 MHz

GLSB4R5M102 from Sprague-Goodman

Figure 14. GLSB4R5M102 Pin Configuration

Figure 15. GLSB4R5M Typical Insertion Loss

Table 2. GLSB4R5M102 Guaranteed Specification (from -40°

C to 125°C)

Turns Ratio 3 dB Band Limits (MHz)Loss at 20 MHz (dB) Max Model Number

1:1:1

4.5-1000

0.7

GLSB4R5M102

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RF Wideband Transformer

0.5 to 1500 MHz CX2039 from Pulse

Figure 16. CX2039 Pin Configuration

Figure 17. CX2039 Typical Insertion Loss

RF Pulse Transformer 500 kHZ/1.5 GHz TP-101 from Macom

The RF pulse transformer features 50? of either unbalanced or balanced impedance along with a fast rise time of 0.18 ns.

Additionally, it features a low insertion loss of 0.4 dB (typical) and the TP-101 pin model is available in a flatpack package.

Tables 4 and 5 provide the guaranteed specifications and operating characteristics.

Table 3. GLSW4M202 Guaranteed Specification (from -40

°C to 85°

Impedance (?)Turns

Ratio 2 dB Band Limits (MHz)Primary Pins Model Number 50:50

Up to 1500

4-6

GCX2039

Table 4. TP101 Guaranteed Specification (from -55°C to 85°C)

Feature

Value

Frequency range (1 dB bandwidth)500 kHZ/1.5 GHz Input impedance 50? unbalanced Output impedance

50? balanced

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Figure 18. RF Pulse Transformer TP-101 Pin Configuration

Note:Pins 1, 3 and 5 are grounded to case.

Insertion loss 10/50 MHz 0.5 dB maximum VSWR 1 MHz/1 GHz 1.4:1 maximum VSWR 750 kHZ/1.5 GHz

1.8:1 maximum

Table 5. TP101 Operating Characteristics

Feature

Value

Input power

750 kHz/1 MHz

1.0 watt maximum 1 MHz/5 MHz 1.5 watts maximum 5 MHz/1.5GHz

3.0 watts maximum Rise time (10-90%)0.18 ns typical Droop (10%)300 ns typical

Environmental

MIL-STD-202 screening available

Table 4. TP101 Guaranteed Specification (from -55°C to 85°C) (Continued)

Feature

Value

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Hybrid Junction

2 MHz to 2 GHzH-9 from Macom

Table 6. H-9 Guaranteed Specification (from -55°C to 85°C)

Figure 19.

Hybrid Junction H-9 Functional Diagram

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差分信号原理

差分信号（上）我们中的大部分都能直观地理解信号是如何沿导线或走线传播的，即便我们也许对这种连接方式的名称并不熟悉——单端模式。术语“单端”模式将这种方式同至少其它两种信号传播模式区分开来：差模和共模。后面两种常常看起来更加复杂。差模差模信号沿一对走线传播。其中一根走线传送我们通常所理解的信号，另一根传送一个严格大小相等且极性相反(至少理论上如此)的信号。差分与单端模式并不像它们乍看上去那样有很大的不同。记住，所有信号都有回路。一般地，单端信号从一个零电位，或地，电路返回。差分信号的每一分支都将从地电路返回，除非因为每个信号都大小相等且极性相反以至于返回电流完全抵消了(它们中没有任何一部分出现在零电位或地电路上)。尽管我不打算在专栏中就这个问题花太多时间，共模是指同时在一个(差分)信号的线对或者在单端走线和地上出现的信号。对我们来说这并不容易直观地去理解，因为我们很难想象怎样才能产生这样的信号。相反通常我们不会产生共模信号。通常这些都是由电路的寄生环境或者从邻近的外部源耦合进电路产生的。共模信号总是很“糟糕”，许多设计规则就是用来防止它们的发生。差分走线尽管看起来这样的顺序不是很好，我要在叙述使用差分走线的优点之前首先来讲述差分信号的布线规则。这样当我讨论(下面)这些优点时，就可以解释这些相关的规则是如何来支持这些优点的。大部分时候(也有例外)差分信号也是高速信号。这样，高速设计规则通常也是适用的，尤其是关于设计走线使之看起来像是传输线的情况。这意味着我们必须仔细地进行设计和布线，如此，走线的特征阻抗在沿线才能保持不变。在差分对布线时，我们期望每根走线都与其配对走线完全一致。也就是说，在最大的可实现范围内，差分对中每根走线应该具有一致的阻抗与一致的长度。差分走线通常以线对的方式进行布线，线对的间距沿线处处保持不变。通常地，我们尽可能将差分对靠近布线。差分信号的优点

共模和差模信号的定义及产生机理

共模和差模信号的定义及产生机理、电缆、绞线、变压器和扼流圈电磁干扰产生及其的抑制 1 引言了解共模和差模信号之间的差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。变压器、共模扼流圈和自耦变压器的端接法,对在局域网（LAN）和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的通信系统中,是引起射频干扰的主要因素,所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心的磁性界面的电磁兼容论点。本文的主要目的是阐述差模和共模信号的关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途,以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引

起噪音发射。在介绍这些信号特点的同时,还介绍了抑制一般噪音常用的方法。 2 差模和共模信号我们研究简单的两线电缆,在它的终端接有负载阻抗。每一线对地的电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF,共模信号分量是VCOM,电缆和地之间存在的寄生电容是Cp。其电路如图1所示,其波形如图2所示。 2．1 差模信号

纯差模信号是：V1=－V2 （1）大小相等,相位差是180° VDIFF=V1－V2 （2）因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。在以电缆传输信号时,差模信号是作为携带信息“想要”的信号。局域网（LAN）和通信中应用的无线收发机的结构中安装的都是差模器件。两个电压（V1＋V2）瞬时值之和总是等于零。 2．2 共模信号纯共模信号是： V1=V2=VCOM （3）大小相等,相位差为0° V3=0 （4）共模信号的电路如图3所示,

其波形如图4所示。因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载。所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时,因为共模信号不携带信息,所以它是“不想要”的信号。两个电压瞬时值之和（V1＋V2）不等于零。相对于地而言,每一电缆上都有变化的电位差。这变化的电位差就会从电缆上发射电磁波。 3 差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中的EMC 在对绞电缆线中的每一根导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的电流所产生的磁场受螺旋形的制约。流过对绞线中每一根导线的电流方向,决定每对导线发射噪音的程度。在每对

【电路精选】单端至差分驱动器电路分析

【电路精选】单端至差分驱动器电路分析模数转换器即A/D 转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。本文主要给大家介绍单端至差分驱动器电路分析。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。 LTC2387-18 转换器电路LTC2387-18 是一款具有差分输入的15Msps、高度线性、低噪声SAR 转换器。该ADC 兼具卓越的线性和宽动态范围，因而成为了高速成像和仪表应用的理想选择。无延迟操作提供了一种面向高速控制环路应用的独特解决方案。高输入频率下的非常低失真可实现需要宽动态范围和大信号带宽的通信应用。在大多数场合中，通过采用一个差分输入、差分输出放大器驱动ADC 输入来优化性能。在仅可提供一个单端信号的场合中，需要采用高性能运放以把一个单端信号转换为一个适用于LTC2387-18 的差分信号。在上面的电路中，使用了两个运放，一个用于同相通路，另一个用于反相通路。同相运放是一个电压跟随器，它的前面是一个RC 低通滤波器。该滤波器可阻止非常高频率信号到达LT6201，它能够在几十MHz 的频率下运作。反相运放由一个相同的网络驱动。为了使信号反相，R5 和R7 设定为590Ω。这些电阻值反映了运放输出电流、输入失调电流和噪声产生量之间的折衷。选定的电阻值加上4V 峰至峰输出电压摆幅导致从运放输出吸收

共模信号和差模信号

共模信号和差模信号了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。变压器、共模扼流圈和自耦变压器的端接法，对在局域网（LAN）和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的通信系统中，是引起射频干扰的主要因素，所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心的磁性界面的电磁兼容论点。本文的主要目的是阐述差模和共模信号的关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途，以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射。在介绍这些信号特点的同时，还介绍了抑制一般噪音常用的方法。图1差模信号图2差模信号的波形图 2差模和共模信号我们研究简单的两线电缆，在它的终端接有负载阻抗。每一线对地的电压用符号V1和V2 来表示。差模信号分量是VDIFF，共模信号分量是VCOM，电缆和地之间存在的寄生电容是C p。其电路如图1所示，其波形如图2所示。

2．1差模信号纯差模信号是：V1=－V2（1）大小相等，相位差是180° VDIFF=V1－V2（2）因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。在以电缆传输信号时，差模信号是作为携带信息“想要”的信号。局域网（LAN）和通信中应用的无线收发机的结构中安装的都是差模器件。两个电压（V1＋V2）瞬时值之和总是等于零。 2．2共模信号纯共模信号是： V1=V2=VCOM（3）大小相等，相位差为0° V3=0（4）共模信号的电路如图3所示，其波形如图4所示。因为在负载两端没有电位差，所以没有电流流过负载。所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时，因为共模信号不携带信息，所以它是“不想要”的信号。图3共模信号

差分电路与单端电路的区别

差分信号与单端信号一、基本区别不说理论上的定义，说实际的单端信号指的是用一个线传输的信号，一根线没参考点怎么会有信号呢？ easy，参考点就是地啊。也就是说，单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差那么当你把信号从A点传递到B点的时候，有一个前提就是A点和B点的地电势应该差不多是一样的，为啥说差不多呢，后面再详细说。差分信号指的是用两根线传输的信号，传输的是两根信号之间的电平差。当你把信号从A点传递到B点的时候，A点和B点的地电势可以一样也可以不一样但是A点和B点的地电势差有一个范围，超过这个范围就会出问题了。二、传输上的差别单端信号的优点是，省钱～方便～大部分的低频电平信号都是使用单端信号进行传输的。一个信号一根线，最后把两边的地用一根线一连，完事。缺点在不同应用领域暴露的不一样归结起来，最主要的一个方面就是，抗干扰能力差。首先说最大的一个问题，地电势差以及地一致性。大家都认为地是0V，实际上，真正的应用中地是千奇百怪变化莫测的一个东西我想我会专门写一些地方面的趣事。比如A点到B点之间，有那么一根线，用来连接两个系统之间的地那么如果这根线上的电流很大时，两点间的地电势可能就不可忽略了，这样一个信号从A的角度看起来是1V，从B的角度看起来可能只有0.8V了，这可不是一个什么好事情。这就是地电势差对单端信号的影响。接着说地一致性。实际上很多时候这个地上由于电流忽大忽小，布局结构远远近近地上会产生一定的电压波动，这也会影响单端信号的质量。差分信号在这一点有优势，由于两个信号都是相对于地的当地电势发生变化时，两个信号同时上下浮动（当然是理想状态下）差分两根线之间的电压差却很少发生变化，这样信号质量不久高了吗？其次就是传输过程中的干扰，当一根导线穿过某个线圈时，且这根线圈上通着交流电时，这根导线上会产生感应电动势～～好简单的道理，实际上工业现场遇到的大部分问题就是这么简单，可是你无法抗拒～如果是单端信号，产生多少，就是多少，这就是噪声你毫无办法。但是如果是差分信号，你就可以考虑拉，为啥呢，两根导线是平行传输的每根导线上产生的感应电动势不是一样吗，两个一减，他不久没了吗～确实，同样的情况下，传输距离较长时，差分信号具有更强的驱动能力、更强的抗干扰能力，同样的，当你传输的信号会对其他设备有干扰时，差分信号也比单端信号产生的信号相对小，也就是常说的EMI 特性。（EMI是Electro Magnetic Interference的缩写,即电磁干扰, 有传导干扰和辐射干扰两种。EMC是Electro magnetic compatibility的缩写,即电磁兼容性。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。）三、使用时需要注意的由于差分比单端有不少好处，在模拟信号传输中很多人愿意使用差分信号比如桥式应变片式力传感器，其输出信号满量程时有的也只有2mV 。如果使用单端信号传输，那么这个信号只要电源的纹波就能把他吃光。所以实际上，都是用仪表运方进行放大后，再进行处理。而仪表运方正是处理差分信号最有力的几个工具之一。但是，使用差分信号时，一定要注意一个问题，共模电压范围。也就是说，这两根线上的电压，相对于系统的地，还是不能太大。你传输0.1V的信号没问题，但是如果一根是1000.0 另外一根是1000.1，那就不好玩了问题在于，在很多场合下使用差分信号都是为了不让两个系统的地简单的共在一起更不能把差分信号中的一根直接接在本地系统的地上，那不白费尽吗？又成单端了，那么如何抑制共模电压呢？其实也挺简单的，将两根线都通过一个足够大的电阻，连接到系统的地上。这就像一

有限差分法

利用有限差分法分析电磁场边界问题在一个电磁系统中，电场和磁场的计算对于完成该系统的有效设计师极端重要的。例如，在系统中，用一种绝缘材料是导体相互隔离是，就要保证电场强度低于绝缘介质的击穿强度。在磁力开关中，所要求的磁场强弱，应能产生足够大的力来驱动开关。在发射系统中进行天线的有效设计时，关于天线周围介质中电磁场分布的知识显然有实质性的意义。为了分析电磁场，我们可以从问题所涉及的数学公式入手。依据电磁系统的特性，拉普拉斯方程和泊松方程只能适合于描述静态和准静态（低频）运行条件下的情况。但是，在高频应用中，则必须在时域或频域中求解波动方程，以做到准确地预测电场和磁场，在任何情况下，满足边界条件的一个或多个偏微分方程的解，因此，计算电池系统内部和周围的电场和磁场都是必要的。对电磁场理论而言，计算电磁场可以为其研究提供进行复杂的数值及解析运算的方法，手段和计算结果；而电磁场理论则为计算电磁场问题提供了电磁规律，数学方程，进而验证计算结果。常用的计算电磁场边值问题的方法主要有两大类，其每一类又包含若干种方法，第一类是解析法；第二类是数值法。对于那些具有最简单的边界条件和几何形状规则的（如矩形、圆形等）问题，可用分离变量法和镜像法求电磁场边值问题的解析解（精确解），但是在许多实际问题中往往由于边界条件过于复杂而无法求得解析解。在这种情况下，一般借助于数值法求解电磁场的数值解。有限差分法，微分方程和积分微分方程数值解的方法。基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网络来代替，这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。差分运算的基本概念：有限差分法是指用差分来近似取代微分，从而将微分方程离散成为差分方程组。于是求解边值问题即转换成为求解矩阵方程[5]。对单元函数 ()x f而言，取变量x的一个增量x?=h，则函数()x f的增量可以表示为 ()x f? = ()h x f+-()x f 称为函数()x f 的差分或一阶差分。函数增量还经常表示为 ()x f? = ? ? ? ? ? + 2 h x f - ? ? ? ? ? - 2 h x f

共模与差模完美解释

共模与差模虽然我们在学习模电时经常提到关于共模和差模两个知识点，但是有时候总无法与实际电路结合起来，搞不清楚为什么要去抑制共模，为什么电平输入时一定会带入共模信号。特此在摘录网上大侠们的知识论点，争取把这个问题弄清楚。共模信号与差模信号最简单理解，共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。共模信号：双端输入时，两个信号相同。差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。设两路的输入信号分别为： A,B. m,n分别为输入信号A，B的共模信号成分和差模信号成分。输入信号A，B可分别表示为：A=m+n；B=m-n 则输入信号A,B可以看成一个共模信号 m 和差模信号 n 的合成。其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。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。牛人的形象比喻：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。

差分信号和单端信号概述.

差分信号与单端信号概述差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。 b.能有效抑制EMI(电磁干扰)，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 c. 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 1、共模电压和差模电压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。可以通俗的理解为：两只船静止在水面上，分别站着两个人，A和B。 A和B相互拉着手。当船上下波动时，A才能感觉到B变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。当水位上升或者下降时，A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。于是，我们说A和B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，太低会沉到水底，这样船都无法再波动了。太高，会使会水溢出而形成水流导致船没法在水面上停留。理论上，A 和B应该只是对差模有响应。但实际上，由于船上下颠簸，A和B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，A和B内力较弱，共模抑制比不行啊。说笑了啊，不过大致也就是这个意思。当然,差模电压也不可以太大，否则会导致把A和B拉开。

差分信号与单端信号

差分信号与单端信号（转）一、基本区别不说理论上的定义，说实际的单端信号指的是用一个线传输的信号，一根线没参考点怎么会有信号呢？easy，参考点就是地啊。也就是说，单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差那么当你把信号从A点传递到B点的时候，有一个前提就是A点和B点的地电势应该差不多是一样的，为啥说差不多呢，后面再详细说。差分信号指的是用两根线传输的信号，传输的是两根信号之间的电平差。当你把信号从A点传递到B点的时候，A点和B点的地电势可以一样也可以不一样但是A点和B点的地电势差有一个范围，超过这个范围就会出问题了。二、传输上的差别单端信号的优点是，省钱～方便～大部分的低频电平信号都是使用单端信号进行传输的。一个信号一根线，最后把两边的地用一根线一连，完事。缺点在不同应用领域暴露的不一样归结起来，最主要的一个方面就是，抗干扰能力差。首先说最大的一个问题，地电势差以及地一致性。大家都认为地是0V，实际上，真正的应用中地是千奇百怪变化莫测的一个东西我想我会专门写一些地方面的趣事。比如A点到B点之间，有那么一根线，用来连接两个系统之间的地那么如果这根线上的电流很大时，两点间的地电势可能就不可忽略了，这样一个信号从A的角度看起来是1V，从B的角度看起来可能只有0.8V了，这可不是一个什么好事情这就是地电势差对单端信号的影响。接着说地一致性。实际上很多时候这个地上由于电流忽大忽小，布局结构远远近近地上会产生一定的电压波动，这也会影响单端信号的质量。差分信号在这一点有优势，由于两个信号都是相对于地的当地电势发生变化时，两个信号同时上下浮动（当然是理想状态下）差分两根线之间的电压差却很少发生变化，这样信号质量不久高了吗？其次就是传输过程中的干扰，当一根导线穿过某个线圈时，且这根线圈上通着交流电时，这根导线上会产生感应电动势～～好简单的道理，实际上工业现场遇到的大部分问题就是这么简单，可是你无法抗拒～如果是单端信号，产生多少，就是多少，这就是噪声你毫无办法。但是如果是差分信号，你就可以考虑拉，为啥呢，两根导线是平行传输的每根导线上产生的感应电动势不是一样吗，两个一减，他不久没了吗～确实，同样的情况下，传输距离较长时，差分信号具有更强的驱动能力、更强

全差分伪差分单端输入ADC理解

伪差分：伪差分信号连接方式减小了噪声，并允许在仪器放大器的共模电压范围内与浮动信号连接.在伪差分模式下，信号与输入的正端连接，信号的参考地与输入的负端连接。伪差分输入减小了信号源与设备的参考地电位(地环流)不同所造成的影响，这提高了测量的精度。伪差分输入与差分输入在减小地环流和噪声方面是非常相似的，不同的方面在于，差分输入模式下，负端输入是随时间变化的，而在伪差分模式下，负端输入一定仅仅是一个参考。描述伪差分的另外一种方式就是，输入仅仅在打破地的环流这个意义上是差分的，而参考信号(负端输入)不是作为传递信号的，而仅仅是为信号(正端输入)提供一个直流参考点。全差分与单端输入：在单端方式工作时；ADC转换的是单输入引脚对地的电压值；在增益为1时，测量的值就是输入的电压值；范围是0V到VREF；当增益增加时，输入的范围要相应的减小；在差分方式工作时；ADC转换的是AIN+与AIN-两个引脚的差值；在增益为1时，测量的值等于(AIN+)-(AIN-)，范围是-VREF到+VREF；当增益增加时，输入的范围要相应的减小。注意：在差分方式时所提的负压是指AIN-引脚的电压大于AIN+引脚的电压，实际输入到两个引脚的电压对地都必需是正的；例如:如果AIN+引脚输入的电压为0V，AIN-引脚的输入电压为1/2VREF时，差分的输入电压为(0V-1/2VREF) = -1/2VREF。 ADI公司目前针对10KHz左右采样速率的24位ADC推荐AD719X系列的产品。AD779X属于老产品，老产品噪声较大。对于单端输入，能测量双极性信号的ADC，内部原理为基准源分压方式，对于TI的MSP430F1161，基准源可提供正负方式。对于ADuC845的AD输入配置，可以配置为4个全差分输入，或者8个伪差分输入，对于伪差分输入，AINCOM端为参考端。GAIN越大，ADC的有效分辨率越小，采样速率越高，有效分辨率也越小。上图参数可得出，全差分的每个输入端口电压不能低于0V，也不能高于规定的电压值。 ADI 的工程师说对于单端输入的单电源供电的AD转换器，能采集双极性信号的是，ADC内部原理是通过分压方式，可以参考MAX197的数据手册。

差分信号在通信系统设计中有什么优势

差分信号在通信系统设计中有什么优势上网日期: 2010年11月01日已有[ 2 ]个评论打印版发送查询订阅关键字：差分信号通信系统RF 通信系统设计的主要挑战之一是如何成功捕获高保真度信号。为了避免强干扰效应、信号失真和灵敏度降低，蜂窝通信系统必须满足蜂窝标准的严格要求，比如具有高动态范围、高输入线性度和低噪声的码分多址(CDMA)和宽带CDMA(W-CDMA)。过去，一些实践性问题常导致完全差分信号链的性能优势被单端信号链所掩盖，但随着集成射频电路技术和高性能差分射频构建模块的不断发展，如今差分架构已能应用于高性能接收机设计中。本文将讨论差分信号链在3G和4G无线应用中的性能和优点。接收机信号链图1是传统超外差接收机的拓扑结构，它很好地描述了差分信号链相对单端信号链的优势。不管采用什么拓扑，我们的目标就是将所需信号成功发送到ADC端进行数字转化。信号路径由以下几个射频模块组成：天线、滤波器、低噪声放大器(LNA)、混频器、ADC驱动放大器和ADC。图1：接收机在不断发展，越来越多的接收机将使用差分元件。这个趋势开始于ADC，并将逐渐向信

号链上游移动。先进的集成射频电路技术和差分射频构建模块的扩充允许差分架构应用于高性能接收机设计。 LNA是天线之后的第一个模块，用于放大热噪声之上的信号。这级电路中的噪声非常重要，因为它将决定系统灵敏度，而放大可以确保随后的混频器和放大器不会增加显著的噪声。沿信号路径往后是带通滤波器，用于抑制带外信号，减少由其它电路级引起的失真和噪声。跟随LNA之后，混频器频率转换感兴趣的信号，将高频射频信号下变频至频率更低、更易于管理的中频信号(IF)。ADC驱动放大器和抗混滤波器(AAF)对将要数字化的信号进行预处理。驱动器提供增益，AAF抑制第一奈奎斯特区外的信号，包括将会发送给ADC的噪声和带外杂散分量。在模拟信号路径末端，由ADC完成基带信息的数字转换。理想情况下，只有感兴趣的信号(图1左边的蓝色图形)才会被传送到数字域。需要使用一个鲁棒系统来处理这个可能很小的目标信号，同时抑制可能较大的干扰信号。鲁棒系统的设计，需要具有高灵敏度、输入线性、选择性和抗噪声性能。根据具体的应用和架构，性能指标可能有所变化，但在大多数通信系统中，像失真、本底噪声和动态范围等都是通常要考虑的要素。输入三阶截取点(IP3)和1dB 压缩点(P1dB)必须高。其它需要考虑的因素还包括低成本、低功耗和小尺寸。差分优势图2比较了单端信号和差分信号之间的基本区别。这里使用了一个通用增益模块，但相同的概念可应用于信号链中的混频器和其它器件。在比较单端和差分信号时，要将系统级性能评估标准牢记在心，以实现良好的总体接收机设计。

有限元法与有限差分法的主要区别

有限元法与有限差分法的主要区别有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。对于有限差分格式，从格式的精度来划分，有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑，可分为中心格式和逆风格式。考虑时间因子的影响，差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式，主要是上述几种形式的组合，不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格，网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。构造差分的方法有多种形式，目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式：一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等，其中前两种格式为一阶计算精度，后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合，可以组合成不同的差分计算格式。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。在河道数值模拟中，常见的有限元计算方法是由变分法和加权余量法发展而来的里兹法和伽辽金法、最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同，有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法，从计算单元网格的形状来划分，有三角形网格、四边形网格和多边形网格，从插值函数的精度来划分，又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数，伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数；最小二乘法是令权函数等于余量本身，而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小；在配置法中，先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程，即在配置点上令方程余量为0。插值函数一般由不同次幂的多项式组成，但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示，但最常用的多项式插值函数。有限元插值函数分为两大类，一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值，称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值；另一种不仅要求插值多项式本身，还要求它的导数值在插值点取已知值，称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标，有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系，它的定义取决于单元的几何形状，一维看作长度比，二维看作面积比，三维看作体积比。在二维有限元中，三角形单元应用的最早，近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元，常采用的插值函数为有La grange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为(1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。(2)区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。(3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插

单端转差分

采用差分PulSAR ADC AD7982转换单端信号关键字：差分PulSAR ADC AD7982 单端信号电路功能与优势许多应用都要求通过高分辨率、差分输入ADC来转换单端模拟信号，无论是双极性还是单极性信号。本直流耦合电路可将单端输入信号转换为差分信号，适合驱动PulSAR系列ADC中的18位、1 MSPS器件AD7982。该电路采用单端转差分驱动器ADA4941-1 和超低噪声5.0 V基准电压源ADR435 ，可以接受许多类型的单端输入信号，包括高压至低压范围内的双极性或单极性信号。整个电路均保持直接耦合。如果需要重点考虑电路板空间，可以采用小封装产品，图1所示的所有IC均可提供3 mm × 3 mm LFCSP或3 mm × 5 mm MSOP小型封装。图1：单端转差分直流耦合驱动器电路（原理示意图）电路描述 AD7982的差分输入电压范围由REF引脚上的电压设置。当VREF = 5 V时，差分输入电压范围为±VREF = ±5 V。从单端源VIN到ADA4941-1的OUTP的电压增益（或衰减）由R2与R1之比设置。R2与R1之比应等于VREF 与输入电压峰峰值VIN之比。当单端输入电压峰峰值为10 V且VREF = 5 V时，R2与R1之比应为0.5。OUTN上的信号为OUTP 信号的反相。R1的绝对值决定电路的输入阻抗。反馈电容CF根据所需的信号带宽选择，后者约为1/(2πR2CF)。20 Ω电阻与2.7 nF电容构成3 MHz单极点低通噪声滤波器。电阻R3和R4设置AD7982的IN?输入端的共模电压。此共模电压值等于VOFFSET2 × (1 + R2/R1)，其中VOFFSET2 = VREF × R3/(R3 + R4)。电阻R5和R6设置ADC的IN+输入端的共模电压。此电压等于VOFFSET1 = VREF × R5/(R5

差模滤波器和共模滤波器

共模和差模信号与滤波器山东莱芜钢铁集团动力部周志敏(莱芜271104) 1概述随着微电子技术的发展和应用，电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。抑制电磁干扰采用的技术主要包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。而干扰源的传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz～30MHz，仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。为此了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。在抑制电磁干扰的各项技术中，采用滤波技术对局域网（LAN）、通信接口电路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用，是微电子装置系统设计中的一个重要环节。 2差模信号和共模信号差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，差模信号的电路如图1所示。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电流方向一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这种干扰一般比较难以抑制。共模信号又称为对地感应信号或不对称信号，共模信号分量是VCOM，纯共模信号是：VCOM=V1=V2；大小相等，相位差为0°；V3=0。共模信号的电路如图2所示。干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路；原则上讲，这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。 3滤波器滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。交流电源滤波器大量应用在开关电源的系统中，既可以抑制外来的高频干扰，还可以抑制开关电源向外发送干扰。来自工频电源或雷击等瞬变干扰，经电源线侵入电子设备，这种干扰以共模和差模方式传播，可用电源滤波器滤除。在滤波电路中，有很多专用的滤波元件（如铁氧体磁环），它们能够改善电路的滤波特性，恰当地设计和使用滤波器是抗干扰技术的重要手段。例如开关电源通过传导和辐射出的噪声有差模和共模之分，差模噪声采用π型滤波器抑制，如图3(a)所示。图3（a）中，LD为滤波扼流圈。若要对共模噪声有抑制能力，应采用如图3（b）所示的滤波电路。图3（b）中，LC为滤波扼流圈。由于LC的两个线圈绕向一致，当电源输入电流流过LC时，所产生的磁场可以互相抵消，相当于没有电感效应，因此，它使用磁导率高的磁芯。LC对共模噪声来说，相当于一个大电感，能有效地抑制共模传导噪声。开关电源输入端分别对地并接的电容CY对共模噪声起旁路作用。共模扼流圈两端并联的电容CX对共模噪声起抑制作用。R为CX 的放电电阻，它是VDE　0806和IEC　380安全技术标准所推荐的。图3（b）中各元件参数范围为：CX=0.1μF～2μF； CY=2.0nF～33nF；LC=几～几十mH，随工作电流不同而取不同的参数值，如电流为25A时LC=1.8mH；电流为0　3A时，LC=47mH。另外在滤波器元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。

选用单端探头还是差分探头

选用单端探头还是差分探头作者:Mike McTigue 新的有源探头体系结构使GHz级以上的千兆信号的完整性测量变得更加容易、精度也更高，但这只对于了解探头的工作原理和探头的两种拓扑结构之间优劣的用户而言的。　宽带宽示波器和有源探头的用户历来可以在单端探头和差分探头之间作出选择。测量单端信号(对地参考电压)，你使用的是单端探头，而测量差分信号(正电压对负电压)，你使用的是差分探头。那么，为什么你不能只买差分探头来测量差分信号和单端信号呢？实际情况是，你可以这样做，但又存在实实在在的理由使你不能这么做。与单端探头相比，差分探头价格较贵，使用不大方便，带宽也较窄。　新的探头体系结构，如Agilent 113X 系列的体系结构可以探测差分信号，也可以探测单端信号，而且基本上使人们不反对使用差分探头。这些探头是通过可互换的端头来提供这种能力的，而各种可互换的头经过优化，可以点测、插入插座和焊入探头。这种结构给有源探头的用户提出了新问题：测量单端信号，到底该用差分探头还是该用单端探头？答案是应由性能和可用性两个方面的权衡结果来定夺。　只要使用Agilent 1134A型7 GHz 探头放大器的简化模型(图1) 和已测数据以及焊入的差分和单端探头端头(图2)，你就可以比较它们的带宽、保真度、可用性、共模抑制特性、可重复性和尺寸大小等方面的差别。这些探头端头的物理连线几何形状相同，所以它们之间的主要性能差别是由差分拓扑结构和单端拓扑结构引起的。探头性能测量是采用Agilent E2655A 纠偏/性能验证夹具和Agilent 8720A 20 GHz 向量网络分析仪或者Agilent Infiniium DCA (数字通信分析仪)采样示波器进行的。图1 差分探头和单端探头的简化模型的主要区别在于，差分探头的地线电感是与放大器输入端串联的，而不

高频情况下的单端信号和差分信号的转换

Single-to-differential Conversion in High-frequency Applications Introduction The aim of this application note is to provide the user with different techniques for sin-gle-to-differential conversions in high frequency applications. The first part of this document gives a few techniques to be used in applications where a single-to-differential conversion is needed. The second part of the document applies the same techniques to Atmel broadband data conversion devices, taking into account the configuration of the converters’ input buffers. This document does not give an exhaustive panel of techniques but should help most users find a convenient method to convert a single-ended signal source to a differen- tial signal.

共模与差模信号及其抑制原理

共模与差模信号及其抑制原理 1、引言了解共模和差模信号之间的差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。变压器、共模扼流圈和自耦变压器的端接法,对在局域网(LAN)和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的通信系统中,是引起射频干扰的主要因素,所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心的磁性界面的电磁兼容论点。本文的主要目的是阐述差模和共模信号的关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途,以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射。在介绍这些信号特点的同时,还介绍了抑制一般噪音常用的方法。 2、差模和共模信号我们研究简单的两线电缆,在它的终端接有负载阻抗。每一线对地的电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF,共模信号分量是VCOM,电缆和地之间存在的寄生电容是Cp。其电路如图1所示,其波形如图2所示。 2.1 差模信号纯差模信号是：V1 = －V2，（1）大小相等,相位差是180°， VDIFF = V1－V2 （2）因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。在以电缆传输信号时,差模信号是作为携带信息“想要”的信号。局域网（LAN）和通信中应用的无线收发机的结构中安装的都是差模器件。两个电压（V1＋V2）瞬时值之和总是等于零。 2.2 共模信号纯共模信号是：V1 = V2 = VCOM（3）大小相等,相位差为0°，

V3=0 （4）共模信号的电路如图3所示,其波形如图4所示。因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载。所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。在以电缆传输信号时,因为共模信号不携带信息,所以它是“不想要”的信号。两个电压瞬时值之和（V1＋V2）不等于零。相对于地而言,每一电缆上都有变化的电位差。这变化的电位差就会从电缆上发射电磁波。 3、差模和共模信号及其在无屏蔽对绞线中的EMC 在对绞电缆线中的每一根导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的电流所产生的磁场受螺旋形的制约。流过对绞线中每一根导线的电流方向,决定每对导线发射噪音的程度。在每对导线上流过差模和共模电流所引起的发射程度是不同的,差模电流引起的噪音发射是较小的,所以噪音主要是由共模电流决定。 3.1 对绞线中的差模信号对纯差模信号而言,它在每一根导线上的电流是以相反方向在一对导线上传送。如果这一对导线是均匀的缠绕,这些相反的电流就会产生大小相等,反向极化的磁场,使它的输出互相抵消。在无屏蔽对绞线中,不含噪音的差模信号不产生射频干扰。在无屏蔽对绞线系统中的差模信号如图5所示。 3.2 对绞线中的共模信号共模电流ICOM在两根导线上以相同方向流动,并经过寄生电容Cp到地返回。在这种情况下,电流产生大小相等极性相同的磁场,它们的输出不能相互抵消。在无屏蔽对绞线中,共模信号产生射频干扰。如图6所示,共模电流在对绞线的表面产生一个电磁场,它的作用正如天线一样

差分信号

差分信号我们中的大部分都能直观地理解信号是如何沿导线或走线传播的，即便我们也许对这种连接方式的名称并不熟悉——单端模式。术语“单端”模式将这种方式同至少其它两种信号传播模式区分开来：差模和共模。后面两种常常看起来更加复杂。差模差模信号沿一对走线传播。其中一根走线传送我们通常所理解的信号，另一根传送一个严格大小相等且极性相反(至少理论上如此)的信号。差分与单端模式并不像它们乍看上去那样有很大的不同。记住，所有信号都有回路。一般地，单端信号从一个零电位，或地，电路返回。差分信号的每一分支都将从地电路返回，除非因为每个信号都大小相等且极性相反以至于返回电流完全抵消了(它们中没有任何一部分出现在零电位或地电路上)。尽管我不打算在专栏中就这个问题花太多时间，共模是指同时在一个(差分)信号的线对或者在单端走线和地上出现的信号。对我们来说这并不容易直观地去理解，因为我们很难想象怎样才能产生这样的信号。相反通常我们不会产生共模信号。通常这些都是由电路的寄生环境或者从邻近的外部源耦合进电路产生的。共模信号总是很“糟糕”，许多设计规则就是用来防止它们的发生。差分走线尽管看起来这样的顺序不是很好，我要在叙述使用差分走线的优点之前首先来讲述差分信号的布线规则。这样当我讨论(下面)这些优点时，就可以解释这些相关的规则是如何来支持这些优点的。大部分时候(也有例外)差分信号也是高速信号。这样，高速设计规则通常也是适用的，尤其是关于设计走线使之看起来像是传输线的情况。这意味着我们必须仔细地进行设计和布线，如此，走线的特征阻抗在沿线才能保持不变。

在差分对布线时，我们期望每根走线都与其配对走线完全一致。也就是说，在最大的可实现范围内，差分对中每根走线应该具有一致的阻抗与一致的长度。差分走线通常以线对的方式进行布线，线对的间距沿线处处保持不变。通常地，我们尽可能将差分对靠近布线。差分信号的优点 “单端”信号通常参考到某些“参考”电位。这有可能是正的或者是地电压，一个器件的门限电压，或者另外某处的信号。另一方面，差分信号仅参考到与其配对信号。也就是说，如果一根走线(正信号)上的电压比另外一根走线(负信号)高，我们就得到了一个逻辑状态，如果是低，我们就得到另外一个逻辑状态(见图1)。这样有几个好处：时序可以更精确地定义，因为控制一对信号的交点比控制一个关于其他参考电压的绝对电压容易。这也是走线要精确等长的原因之一。任何在源端所进行的时序控制都可以让步，如果信号在不同的时间到达另一端。进一步来讲，如果线对的远端信号没有精确相等且极性相反，共模信号就可能产生并将导致信号时序与EMI问题。因为除了自身，差分信号没有参考任何其它信号，并且信号交叉的同步可以更有力地控制，差分电路通常可以运行在比类似的单端电路更高的频率上。因为差分电路对两根走线(两者的信号大小相等极性相反)上信号的差作出响应，得到的净信号两倍于(可比的环境噪声)任一单端信号。因此在其它条件等同的情况下，差分信号有着更大的信噪比及性能。差分电路对线对信号之间的电位差敏感。但是(相对地)对线上与其它参考电压相比(特别是地)的绝对电位不敏感。因此，相对而言，差分电路对诸如地弹、其它存在于电源和/ 或地平面的噪声信号以及可能出现在每一根走线中相等的共模信号这样的问题不敏感。差分信号对EMI和串扰略微免疫。如果线对走得很近，这样任何外部耦合噪声将相等地耦合进线对。这样一来耦合噪声就变成“共模”噪声，而电路对此是(理论上)免疫的。如果导线是“缠绕”(比如双绞线)的，那么对噪声的免疫性就更好。因为我们不能方便地将印制板上的差分走线缠绕起来，把它们尽可能地靠近走线就是最好的办法了。