差模信号和共模信号是电子工程中常见的两种信号类型，它们在电路设计和信号传输中起着重要作用。以下是它们的主要区别：
定义：
差模信号：差模信号是指两个大小相等、极性相反的信号加在电路的两个输入端上。这种信号的特点是两个信号的方向相反，通常用于差分放大器或仪表放大器，以提高信号的抗干扰能力。
共模信号：共模信号是指两个大小相等、极性相同的信号加在电路的两个输入端上。这种信号的特点是两个信号的方向相同，通常会引入噪声和干扰。
信号的来源和传输方式：
差模信号：差模信号主要通过差分线缆传输，这种线缆可以有效地抑制外部干扰，因为差模信号只在两根线之间产生电位差，而不会影响到地线或其他线路。
共模信号：共模信号则会在所有相关的导线上产生电位变化，这可能导致更大的噪声和干扰。
应用场景：
差模信号：差模信号广泛应用于需要高抗干扰性的系统，如电话通信、网络连接等。由于其对抗干扰的能力较强，常用于数据传输和精密测量设备。
共模信号：共模信号由于其容易引入干扰，通常不推荐在高要求的应用中使用。但它可以用于一些低要求的应用，如简单的数据传输或非关键的监控系统。
技术处理：
差模信号：为了提高差模信号的质量，可以采用共模抑制比(CMRR)来衡量其性能。共模抑制比是一个衡量差分放大器抑制共模干扰能力的指标，值越高，抑制效果越好。
共模信号：对于共模信号，由于其容易引入干扰，通常需要采取措施来抑制这些干扰，如使用滤波器、屏蔽材料等。
总结来说，差模信号和共模信号在定义、传输方式、应用场景和技术处理方面都有显著的不同。理解这些区别对于设计和优化电子系统至关重要。
一、 差模信号和共模信号在现代电子系统中的应用案例
差模信号和共模信号在现代电子系统中的应用非常广泛，具体案例包括以下几个方面：
差分电路在PLC控制系统中有广泛应用。其中一个信号作为被检测信号，另一个信号则作为参考信号，这种配置可以有效抑制共模干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
在无线通信系统中，共模电感被广泛应用于射频功率放大器、基带处理器和射频前端模块等关键部件中，用于降低共模噪声对信号质量和通信距离的影响。此外，共模电感还可以降低电路对无线信号的干扰，提高通信质量和传输速率。
共模扼流圈在数据传输线路上应用广泛，主要用于抑制电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)，以及提高信号完整性。例如，在USB传输线路中，共模电感可以有效减少共模噪声，从而提高数据传输的稳定性和效率。
贴片共模电感滤波器广泛应用于各种电子设备中，如电源、通信、计算机、工控等领域。它可以有效滤除电路中的共模干扰信号，提高电路的抗干扰能力，保证电路的稳定运行。
差分放大器由于其良好的共模抑制能力和抗干扰性能，在现代电子技术中广泛应用于信号处理和数据传输等领域。例如，差分放大器在音频设备、视频设备和其他高精度测量设备中都有重要应用。
共模电感在工业控制系统中也有广泛应用。它可以降低电路对无线信号的干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
二、 如何准确测量和计算差模信号的共模抑制比(CMRR)?
共模抑制比(Common-mode Rejection Ratio, CMRR)是衡量差分放大器对共模信号抑制能力的重要参数。要准确测量和计算CMRR，可以按照以下步骤进行：
共模抑制比(CMRR)定义为差分放大器对差模信号的电压放大倍数(Adm)与对共模信号的电压放大倍数(Auc)之比。
CMRR = 20 * log10(Auc / Adm) 。
测量方法：
- 差模信号成分：首先，需要测量差模信号的电压值Vd，这可以通过连接一个已知电压的参考信号到两个输入端来实现。
- 共模信号成分：其次，测量共模信号的电压值Vcm，这通常通过将同一参考信号同时加到两个输入端来实现。
- 计算Adm和Auc：根据差模信号和共模信号的电压值，可以计算出Adm和Auc。Adm是差模信号的电压放大倍数，而Auc是共模信号的电压放大倍数。
- 计算CMRR：最后，将Adm和Auc的值代入CMRR的计算公式中，得到CMRR的值。
实际应用中的注意事项：
CMRR的值会受到信号频率的影响，因此在测量时应选择合适的频率范围。
在实际应用中，CMRR不仅用于降低传输线上的噪声，还用于提高系统的整体性能。
三、 如何有效地减少共模信号引入的噪声和干扰
在实际电路设计中，有效减少共模信号引入的噪声和干扰可以通过以下几种方法实现：
- 优化电路设计：合理设计电路布局和布线，尽量缩短电路的长度，减少电路的弯曲和交叉，以避免线路之间的耦合和干扰。
- 使用屏蔽双绞线并有效接地：采用屏蔽双绞线可以显著减少外部干扰，并确保信号线与电源线远离，从而减少共模干扰。
- 增加共模电感：利用共模电感的泄漏感来抑制不良模具噪声。共模电感具有多种绕组方式，可以根据具体需求选择合适的绕组方式。
- 安装铁氧体磁珠和旁路电容器：在信号线上安装铁氧体磁珠以抑制噪声电流，在电源线上安装旁路电容器以抑制纹波噪声。
- 使用LC低通滤波器或共模扼流圈：在电缆的端口处使用LC低通滤波器或共模扼流圈，可以有效滤除高频噪声。
- 在PCB板上大面积铺地：通过在PCB板上大面积铺设地线面来降低地线阻抗，从而减少共模干扰。
- 采用线性稳压电源或高品质的开关电源：使用高品质的电源可以减少由电源引起的共模噪声。
- 设计滤波电路或追加滤波器：通过设计滤波电路或追加滤波器的方法来进行抑制和衰减共模噪声。
四、 差模信号和共模信号在高速数据传输中的性能差异
差模信号和共模信号在高速数据传输中的性能差异主要体现在抗干扰能力、信号完整性和噪声抑制方面。
差模信号通过传输两个相位相反的信号，有效地抑制了共模噪声，从而提高了系统的抗干扰能力。这种方法可以显著减少外部干扰对信号的影响，使得高速数据传输更加稳定和可靠。
差模信号由于其独特的传输方式，能够更好地保持信号的完整性。在高速传输过程中，差模信号能够有效地抵抗电磁干扰和其他形式的噪声，确保数据传输的准确性和高效性。相比之下，共模信号由于其结构特点，更容易受到外部干扰的影响，导致信号完整性降低。
差模信号通过使用两种相位彼此完全相反的信号，消除了共模噪声，从而实现了更高性能的系统。这种设计使得差模信号在高速数据传输中表现出更好的噪声抑制效果。而共模信号则因为其结构特点，在传输过程中容易产生高阻抗和磁通量加强，从而增加了噪声的产生。
五、 不同电子设备差模信号和共模信号的选择标准
在不同类型的电子设备中，差模信号和共模信号的选择标准有显著的不同。以下是对无线通信和计算机网络两种情况的详细分析：
在计算机网络中，差模信号(也称为差分信号)通常被优先考虑。这是因为差模信号具有较高的抗干扰能力和较低的电磁辐射水平。差模信号通过两条线路同时传输相反的信号，从而有效地减少了外部噪声的影响。此外，EIA/TIA的布线标准中规定了双绞线的线序568B与568A，这些标准进一步确保了差模信号在计算机网络中的应用。
在无线通信系统中，共模信号常常被使用，因为它们能够更好地适应无线环境中的各种干扰。共模信号通过单一的传输线路发送信号，并且由于其结构特点，能够在一定程度上抵抗外部干扰。然而，共模信号的主要缺点是其电磁辐射水平较高，这可能会导致天线灵敏度下降的问题。因此，在设计无线通信系统时，需要通过集成共模滤波器来清除噪声辐射，以保持系统的稳定性和性能。
总结来说，计算机网络倾向于使用差模信号以提高抗干扰能力和降低电磁辐射，而无线通信系统则更多地使用共模信号以适应复杂的无线环境。
