共模信号与差模信号的概念
共模信号与差模信号的概念
共模信号与差模信号是电子工程领域中的两个重要概念，它们不仅影响着信号的传输质量，还关系到系统的稳定性和抗干扰能力。本文将从基本概念出发，深入探讨共模信号与差模信号的区别，以及它们在实际应用中的表现和解决方案。
差模信号
差模信号可以理解为A,B芯片通讯的sig和gnd之间的电压差，两个芯片都可以识别到的信号，就是差模信号。
共模信号
除了以上绿色框内的电路系统以外，进来的一个信号。比如说电路系统C,那么这个电路系统C的地和AB系统的地并不是同一个参考地，加入系统C是一个10v的10mhz的高频信号，进入到AB系统，这个信号不会只从地走，会从sig和gnd这两条线无差别路过，再经过这个寄生电容回到系统C.这个信号就称之为共模信号（外来系统产生）。当sig和gnd这两条线的内阻相同的情况下，这个共模信号是不能被AB系统识别的。当两个系统不共地的时候，那这个两个系统互为共模信号。差模信号的电流方向相反，共模信号的电流方向相同。
如果在系统AB中，两条电路的阻抗和对C系统的寄生电容不相同，那么此时A,B会产生压差，这个压差是系统C带来的，那么这个就叫做差模噪声。
一般共模信号是不会对电路有影响的，但如果系统AB的通讯阻抗和寄生电容不相等，那么C系统的共模信号就换转换成AB系统中的差模信号，此时这个就叫差模噪声。
一般做不到阻抗完全相同。所以一定会有噪声。但共模信号不等同于干扰信号。
如下图：
衍生到浪涌和静电（EMC）防护:
比如说手机，冬天的时候人身上会有静电，手机又刚好在充电（接到大地），手去触摸的时候，人体的静电就相当于手机的共模信号，如果内部的防护系统没做好，那么手机就会产生很大的影响。就类似以上模型。
解决方法主要就两个：
1.加一个共模滤波器，让这个信号尽量的小，小到不影响系统工作。
2.不让它进入。
顺便衍生下共模电感~
共模电感的原理
基于电磁感应定律：
共模电感由两个或多个绕在同一磁芯上的线圈组成，当电流通过线圈时，会产生磁场。根据电磁感应定律，变化的磁场会在线圈中感应出电动势，从而对电流产生阻碍作用。
对共模信号的高阻抗特性：
当共模电流（在一对差分信号线上，大小相同、方向相同的信号或噪音）流过线圈时，磁环中的磁通相互叠加，产生相当大的电感量，使线圈呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，从而达到衰减干扰信号的作用 。
对差模信号的低阻抗特性：
当两线圈流过差模电流（电路中正常的、大小相同、方向相反的信号）时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。
共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，是在一个闭合磁环上同名绕制方向相同、匝数相同的线圈。共模扼流圈对共模干扰具有很强抑制作用，而对差信号基本无抑制作用。当差模电流流过共模电感线圈时，产生两个相互抵消的磁场，此时电流主要受线圈电阻和频率下可忽略不计小漏电感的阻抗影响。如果有共模干扰信号流过线圈时，两组线圈之间产生相互增强的磁场，使整个线圈呈现高阻状态，达到衰减干扰信号。
通常共模电感有两种绕制工艺，双线同绕(Biflar)和分离绕制(Sectional).
两种绕制方式在实现产品功能上存在一定的差异性，下图是在同一磁芯上，采用两种不同的绕线方式(环绕扎数一致)实现的共模电感。采用网络分析仪分别测试两种电感的差共模阻抗特性。
共模阻抗:
100MHz以前，两种绕制方式在线路上获得的共模阻抗基本一致:100MHz 以后由于 Bifilar 方式输入输出前后级耦合寄生电容和互感的影响，高频插入损耗值会有较明显下降，因此 Sectional方式能获得更好的高频阳抗值。
差模阻抗:
由于是双线的同向绕制工，Bifilar 方式较 Sectional方式有更低的差分阻抗，同时也更加有利于控制器件的差分阻抗值。
应用差别:Sectional方式更多的用在电源或低速的信号接口共模电感设计中，Biflar方式更多的应用于中、高速信号接口的滤波设计。
共模电感的作用：
抑制共模噪声：
在电源线或信号线上，共模噪声会导致电磁干扰，影响电子设备的正常工作。共模电感通过在电源线或信号线上串联一个磁环，利用磁环的磁阻特性，对共模噪声进行抑制，将共模噪声阻挡在目标电路之外，从而提高电路的稳定性和抗干扰能力。
EMI/RFI滤波：
可以提供电磁干扰和射频干扰的滤波功能。它通过阻抗匹配和频率选择，将高频噪声和干扰信号滤除，以保持电源线上的干净电源供应，防止设备产生的电磁干扰影响其他设备的正常工作，同时也避免设备受到外部电磁干扰的影响。
保护电子设备：
电磁干扰会对电子设备造成损害，影响其正常工作。共模电感可以有效地抑制电磁干扰，保护电子设备免受损害，提高设备的可靠性和稳定性，延长设备的使用寿命。
提高信号传输质量：
在信号传输过程中，共模噪声会影响信号的传输质量。共模电感通过抑制共模噪声，减少了信号中的噪声和失真，使信号更加清晰、准确，提高了信号的传输质量，保证信号的准确性和稳定性。
提升电源稳定性：
共模电感可以滤除来自电源线的噪声和干扰，提供稳定的电源供应，以保证电路的正常工作和性能。在电源适配器、开关电源等设备中，共模电感是常用的元件之一，用于提高电源的稳定性和可靠性。
关键的电气参数：
实际制作电感时，要注意电感磁芯不能发生饱和。当电感磁芯发生饱和时，电感量变得很小，失去对干扰的抑制作用。不同材料的磁芯，饱和特性不同，具体数值由厂家在产品手册中给出。根据这个数据，用这里的公式可以计算出在额定电流下是否会饱和。若额定电流大于Imax，就会发生饱和，需要调整磁芯的尺寸，使额定电流小于 Imax 。对于共模扼流圈，公式中的电感量为差模电感量。电感量与线圈匝数的平方成正比，因此随着匝数的增加，电感量增加很快。如果能够得到磁芯的详细技术参数当然可以利用公式计算电感量。如果手头有一个现成的磁芯，想用这个磁芯制作一个电感，可以用下面的方法对电感所需匝数作简单估算:
如果你需要的电感量为L，则应该绕制的匝数N为:N=n(L/Lo) 1/2
本文原文来自CSDN