差分信号如何避免共模的问题

您是否注意到了差分信号在高性能信号路径中正日益占据主导地位？差分信号可提供多种优势！我一直在考虑这样一个事实，即每个差分信号路径都有一个与其相关的寄生共模信号路径。

在差分信号路径中，大部分环境噪声都可作为共模噪声耦合。很多差分器件都能很好地抑制这种噪声。下面是 LMH6881 可编程差分放大器 (PDA) 的共模抑制比 (CMRR) 图示。

 

 

CMRR 可确定差分信号受共模噪声干扰的“污染程度”。这个数值非常重要，但事情也不完全如此。

保护差分信号固然重要，但共模噪声情况也值得考虑。如果噪声传到另一个器件，该器件就需要抑制它。下图是相同 LMH6881 放大器的共模增益。

 

 

我们从这两张图中能确定几个要点。

首先，在低频率下，共模抑制和共模增益（衰减）都非常有用。

然而，在较高的频率下会怎样呢？CMRR 和共模衰减都开始变差。如果所涉及的系统在极高频率下具有很大的噪声（例如本地振荡器或混频器寄生信号），那么对噪声而言会怎样呢？

正如我们从 CMRR 与共模增益图中可以看到的那样，放大器防止共模噪声进入差分信号的能力以及减弱共模噪声的能力，在更高频率下都会显著降低。这就意味着即使采用差分信号，系统设计对噪声的隔离和控制依然很重要。

差分信号传输线路需要可实现最佳性能的端接。这与单端传输线路无异。要减少反射和不需要的信号辐射，传输线路的宽带终端非常重要。至少从差分角度来看，大多数系统设计人员都会很仔细地端接差分传输线路。但是共模端接经常被忽略。

差分信号路径上的无端接共模路径意味着什么？

会有两个主要问题。

在共模路径无端接时，信号路径很有可能会收到外部源共模噪声。

由于浮动或无端接共模原因，有源器件（放大器、混频器和 ADC）可能会出现负载情况，其可导致性能降低。例如，很多差分放大器都具有控制共模信号的有源电路。有些共模负载情况会降低这些电路的相位裕度。

滤波器通常可用于减弱超出有源系统器件能力的噪声和寄生信号。不过，差分滤波器完全无法减弱共模噪声，除非经过专门设计。

既然我们已经知道了差分信号路径中出现的、有关寄生共模的潜在问题，那么有一个问题就是，我们应该如何解决这些问题？本文篇幅有限，请关注我下一篇博客，到时我将概括介绍一些有助于缓解共模噪声的方法。