從一個系統的一對輸入端看，若信號的極性相反（同樣，電流的方向相反），這樣的信號為差模信號。若信號的極性相同（同樣，電流的方向也相同），這樣的信號稱為共模信號。信號都是差模形式的。噪聲既有差模形式的，也有共模形式的。若噪聲為差模形式，它與信號相疊混，無法一般區分。除非兩者有不同的模式，因此，所有的抗干擾措施都是針對共模噪聲的。當系統的兩個輸入端阻抗不一致時，圖中的共模電流也不再平衡，此時部分共模噪聲轉化為差模噪聲，特別是當輸入信號一端為系統地線時，共模噪聲全部轉化為差模噪聲，這對抑制噪聲影響十分不利。因此，工業儀表基本上都採用差分輸入。
基本介紹
- 中文名：共模信號與差模信號
- 外文名：Common-mode signal and differential-mode signal
- 學科：電子
- 缺點：干擾一般比較難以抑制
- 特點：傳輸過程中由電磁感應產生
- 分別：信號極性是否相同
簡介,用途,差分傳輸線,
簡介
差模又稱串模，指的是兩根線之間的信號差值；而共模噪聲又稱對地噪聲，指的是兩根線分別對地的噪聲。差模信號：幅度相等，相位相反的信號，共模信號：幅度相等，相位相同的信號。
設有兩個信號v1、v2，他們的共模信號為VCOM，差模信號為VDIFF。
共模信號：就是這兩個信號共同擁有的那部分：（v1+v2）/2；
差模信號：就是這兩個信號各自擁有的那部分：對於v1，（v1-v2）/2；
對於v2，-（v1-v2）/2；
所以v1、v2分別表示為共模信號和差模信號之和。
註：因為差模信號是相位相反的，所以（V1+V2）能將差模信號抵消掉，剩下的是共模信號的兩倍，因此共模信號Vcom=（V1+V2）/2。每一個信號是共模信號與差模信號的和，所以對V1而言差模信號為V1-（V1+V2）/2 = (v1-v2)/2; 對V2而言差模信號為V2- （v1+v2）/2 = -（v1-v2）/2。
差模信號又稱為常模、串模、線間感應和對稱信號等，在兩線電纜傳輸迴路，每一線對地電壓用符號V1和V2來表示。差模信號分量是VDIFF。純差模信號是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因為V1和V2對地是對稱的，所以地線上沒有電流流過。所有的差模電流（IDIFF）全流過負載。差模干擾侵入往返兩條信號線，方向與信號電流方向一致，其一種是由信號源產生，另一種是傳輸過程中由電磁感應產生，它和信號串在一起且同相位，這種干擾一般比較難以抑制。
共模信號又稱為對地感應信號或不對稱信號，共模信號分量是VCOM，純共模信號是：VCOM=V1=V2；大小相等，相位差為0°；V3=0。干擾信號侵入線路和接地之間，干擾電流在兩條線上各流過二分之一，以地為公共迴路；原則上講，這種干擾是比較容易消除的。在實際電路中由於線路阻抗不平衡，使共模信號干擾會轉化為不易消除的串擾干擾。
用途
差模和共模信號及其在無禁止對絞線中的EMC，在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺旋形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導線的電流方向，決定每對導線發射噪音的程度。在每對導線上流過差模和共模電流所引起的發射程度是不同的，差模電流引起的噪音發射是較小的，所以噪音主要是由共模電流決定。
1、對絞線中的差模信號
對純差模信號而言，它在每一根導線上的電流是以相反方向在一對導線上傳送。如果這一對導線是均勻的纏繞，這些相反的電流就會產生大小相等，反向極化的磁場，使它的輸出互相抵消。在無禁止對絞線中，不含噪音的差模信號不產生射頻干擾。
2、對絞線中的共模信號
共模電流ICOM在兩根導線上以相同方向流動，並經過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下，電流產生大小相等極性相同的磁場，它們的輸出不能相互抵消。共模電流在對絞線的表面產生一個電磁場，它的作用正如天線一樣。在無禁止對絞線中，共模信號產生射頻干擾。
3、電纜線上產生的共模、差模噪音及其EMC
電子設備中電纜線上的噪音有從電源電纜和信號電纜上產生的輻射噪音和傳導噪音兩大類。這兩大類中又分為共模噪音和差模噪音兩種。差模傳導噪音是電子設備內部噪音電壓產生的與信號電流或電源電流相同路徑的噪音電流。減小這種噪音的方法是在信號線和電源線上串聯差模扼流圈、並聯電容或用電容和電感組成低通濾波器，來減小高頻的噪音。
差模輻射噪音是電纜中的信號電流環路所產生的輻射。這種噪音產生的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，與頻率的平方成正比，與電流和電流環路的面積成正比。因此，減小這種輻射的方法是在信號輸入端加LC低通濾波器阻止噪音電流流進電纜;使用禁止電纜或扁平電纜，在相鄰的導線中傳輸回流電流和信號電流，使環路面積減小。
共模傳導噪音是在設備內噪音電壓的驅動下，經過大地與設備之間的寄生電容，在大地與電纜之間流動的噪音電流產生的。減小共模傳導噪音的方法是在信號線或電源線中串聯共模扼流圈、在地與導線之間並聯電容器、組成LC濾波器進行濾波，濾去共模傳導噪聲。共模扼流圈是將電源線的零線和火線（或回流線和信號線）同方向繞在鐵氧體磁芯上構成的，它對線間流動的差模信號電流和電源電流阻抗很小，而對兩根導線與地之間流過的共模電流阻抗則很大。
共模輻射噪音是由於電纜連線埠上有共模電壓，在其驅動下，從大地到電纜之間有共模電流流動而產生的。輻射的電場強度與電纜到觀測點的距離成反比，（當電纜長度比電流的波長短時）與頻率和電纜的長度成正比。減小這種輻射的方法有：通過線上路板上使用地線面來降低地線阻抗，在電纜的連線埠處使用LC低通濾波器或共模扼流圈。另外，儘量縮短電纜的長度和使用禁止電纜也能減小輻射。
差分傳輸線
差分傳輸線就是指一對具有相識的電氣特性的單體傳輸線組成的互相耦合的傳輸線。本質上與傳輸線的特性無異的，只是差分傳輸線是由兩個傳輸線組成。差分傳輸線按幾何形狀來劃分的話可以分為微帶差分傳輸線、帶狀差分傳輸線、雙絞差分傳輸線、共面差分傳輸線等等。一般決定它們電氣特性的是差分傳輸線線的相似對稱度、兩條導線的均勻度以及這兩條傳輸線的相對位置。差分傳輸線上傳輸的具有互補特性的信號，在差分傳輸線中一個傳輸信號，而另一個傳輸這個信號的互補信號。這樣這源端需要分別對這兩個信號驅動，在接收端接受這兩個信號，這兩個信號的差值就是差分信號。嚴格的來說差分傳輸線上只有差分信號就足夠了，但實際還存在一個不傳遞任何信號的共模信號。共模信號被定義為這兩條傳輸線上的電壓的平均值。
在理想情況下，通常認為只有差分信號在變化而共模信號是不變的，共模信號就想直流電一樣是恆定的，這樣這個恆定的電壓不會帶來任何信號完整性問題。但實際複雜的電磁環境在各種干擾使得共模信號不再是恆定的，共模信號的變化會引起各種潛在的問題，如果共模信號的電壓值過高會導致下級電路出現過飽和現象，共模信號的變化會引起潛在的 EMI，實際上共模信號的變化引起的輻射干擾往往是遠大於差模信號就產生的干擾。差分傳輸線有其於單根傳輸線的特點，首先差分傳輸線是緊耦合的，差分信號是兩個傳輸線上的電壓之差，有良好的抗傳導干擾、輻射干擾特性，適合高速重要信號的布線；差分傳輸線是有兩個驅動信號，這樣得到的dI/dt要是單端傳輸線的兩倍，減低了存在 EMI 和軌道塌陷的影響；再者差分傳輸線得到是兩個信號的差值，得到了兩倍於信號電壓的信號增益；其次每一路信號都有自己的迴路，對於阻抗不連續、串擾有更好的抗干擾性，對開關噪聲有較強的抵抗能力；最後差分傳輸線可以由廉價的雙絞線來實現傳輸，成本低廉易於大規模使用。
差分傳輸線中不僅僅有傳遞信號的差模信號，還有不傳播任何信息的共模信號，在理想的情況下差模信號與共模信號是不存在互相轉化的。但現實情況不是理想的，差分傳輸線會不均勻，像拐角這樣的物理結構不對稱，晶片與傳輸線的接頭都會使得信號的相位差不再是180度，會引起兩條差分傳輸線電壓的錯位，差分信號轉化成共模信號，共模信號轉化為差模信號。
差模信號與共模信號的轉化是由於差分傳輸線不對稱造成的，造成不對稱的原因很多，差分傳輸線的長度差像拐角、差分傳輸線由於刻蝕差異造成傳輸線特性阻抗不同、兩個傳輸線的差異性耦合、臨近效應、終端差異，彎曲等等都可能是造成差模信號與共模信號的轉化。這種轉化我們可以理解為兩條傳輸線的延遲是不同的，當信號在傳輸線上傳播由於到達終端的延遲是不同的，一個早一些到達，這樣就會產生相位差，將部分差模信號轉化成共模信號。轉化的為共模信號的多少由信號頻率、傳輸線的長度、兩條傳輸線上的信號時延差所決定的。
