简介

差模又称串模，指的是两根线之间的信号差值；而共模噪声又称对地噪声，指的是两根线分别对地的噪声。差模信号：幅度相等，相位相反的信号，共模信号：幅度相等，相位相同的信号。

设有两个信号v1、v2，他们的共模信号为VCOM，差模信号为VDIFF。

共模信号：就是这两个信号共同拥有的那部分：（v1+v2）/2；

差模信号：就是这两个信号各自拥有的那部分：对于v1，（v1-v2）/2；

对于v2，-（v1-v2）/2；

所以v1、v2分别表示为共模信号和差模信号之和。

注：因为差模信号是相位相反的，所以（V1+V2）能将差模信号抵消掉，剩下的是共模信号的两倍，因此共模信号Vcom=（V1+V2）/2。每一个信号是共模信号与差模信号的和，所以对V1而言差模信号为V1-（V1+V2）/2 = (v1-v2)/2; 对V2而言差模信号为V2- （v1+v2）/2 = -（v1-v2）/2。

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。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。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。

例如，对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压；像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub依然没什么变化，当然这是理想情况。比如说，RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。

实际应用中，温度的变化各种环境噪声的影响都可以视作为共模干扰，但如果在传输过程中,两根线的对地噪声衰减的不一样大，使得两根线之间存在了电压差，这时共模噪声就转变成了差模噪声。差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中讲过的差分电路的单端输入情况。

用途

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。

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。

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。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。在无屏蔽对绞线中，共模信号产生射频干扰。

3、电缆线上产生的共模、差模噪音及其EMC

电子设备中电缆线上的噪音有从电源电缆和信号电缆上产生的辐射噪音和传导噪音两大类。这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种。差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生的与信号电流或电源电流相同路径的噪音电流。减小这种噪音的方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电容和电感组成低通滤波器，来减小高频的噪音。

差模辐射噪音是电缆中的信号电流环路所产生的辐射。这种噪音产生的电场强度与电缆到观测点的距离成反比，与频率的平方成正比，与电流和电流环路的面积成正比。因此，减小这种辐射的方法是在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流进电缆;使用屏蔽电缆或扁平电缆，在相邻的导线中传输回流电流和信号电流，使环路面积减小。

共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下，经过大地与设备之间的寄生电容，在大地与电缆之间流动的噪音电流产生的。减小共模传导噪音的方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波，滤去共模传导噪声。共模扼流圈是将电源线的零线和火线（或回流线和信号线）同方向绕在铁氧体磁芯上构成的，它对线间流动的差模信号电流和电源电流阻抗很小，而对两根导线与地之间流过的共模电流阻抗则很大。

共模辐射噪音是由于电缆端口上有共模电压，在其驱动下，从大地到电缆之间有共模电流流动而产生的。辐射的电场强度与电缆到观测点的距离成反比，（当电缆长度比电流的波长短时）与频率和电缆的长度成正比。减小这种辐射的方法有：通过在线路板上使用地线面来降低地线阻抗，在电缆的端口处使用LC低通滤波器或共模扼流圈。另外，尽量缩短电缆的长度和使用屏蔽电缆也能减小辐射。

差分传输线

差分传输线就是指一对具有相识的电气特性的单体传输线组成的互相耦合的传输线。本质上与传输线的特性无异的，只是差分传输线是由两个传输线组成。差分传输线按几何形状来划分的话可以分为微带差分传输线、带状差分传输线、双绞差分传输线、共面差分传输线等等。一般决定它们电气特性的是差分传输线线的相似对称度、两条导线的均匀度以及这两条传输线的相对位置。差分传输线上传输的具有互补特性的信号，在差分传输线中一个传输信号，而另一个传输这个信号的互补信号。这样这源端需要分别对这两个信号驱动，在接收端接受这两个信号，这两个信号的差值就是差分信号。严格的来说差分传输线上只有差分信号就足够了，但实际还存在一个不传递任何信号的共模信号。共模信号被定义为这两条传输线上的电压的平均值。

在理想情况下，通常认为只有差分信号在变化而共模信号是不变的，共模信号就像直流电一样是恒定的，这样这个恒定的电压不会带来任何信号完整性问题。但实际复杂的电磁环境在各种干扰使得共模信号不再是恒定的，共模信号的变化会引起各种潜在的问题，如果共模信号的电压值过高会导致下级电路出现过饱和现象，共模信号的变化会引起潜在的 EMI，实际上共模信号的变化引起的辐射干扰往往是远大于差模信号就产生的干扰。差分传输线有其于单根传输线的特点，首先差分传输线是紧耦合的，差分信号是两个传输线上的电压之差，有良好的抗传导干扰、辐射干扰特性，适合高速重要信号的布线；差分传输线是有两个驱动信号，这样得到的dI/dt要是单端传输线的两倍，减低了存在 EMI 和轨道塌陷的影响；再者差分传输线得到是两个信号的差值，得到了两倍于信号电压的信号增益；其次每一路信号都有自己的回路，对于阻抗不连续、串扰有更好的抗干扰性，对开关噪声有较强的抵抗能力；最后差分传输线可以由廉价的双绞线来实现传输，成本低廉易于大规模使用。

差分传输线中不仅仅有传递信号的差模信号，还有不传播任何信息的共模信号，在理想的情况下差模信号与共模信号是不存在互相转化的。但现实情况不是理想的，差分传输线会不均匀，像拐角这样的物理结构不对称，芯片与传输线的接头都会使得信号的相位差不再是180度，会引起两条差分传输线电压的错位，差分信号转化成共模信号，共模信号转化为差模信号。

差模信号与共模信号的转化是由于差分传输线不对称造成的，造成不对称的原因很多，差分传输线的长度差像拐角、差分传输线由于刻蚀差异造成传输线特性阻抗不同、两个传输线的差异性耦合、临近效应、终端差异，弯曲等等都可能是造成差模信号与共模信号的转化。这种转化我们可以理解为两条传输线的延迟是不同的，当信号在传输线上传播由于到达终端的延迟是不同的，一个早一些到达，这样就会产生相位差，将部分差模信号转化成共模信号。转化的为共模信号的多少由信号频率、传输线的长度、两条传输线上的信号时延差所决定的。

来源: 百度百科

内容资源由项目单位提供