共模与差模干扰

1、共模与差模干扰传感器与检测技术 共模与差模干扰 根据噪声进入信号测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将噪声干扰分为差模干扰与共模干扰。1.1 差模干扰 差模干扰又称串模干扰、正态干扰、常态干扰、横向干扰等，它使检测仪器的一个信号输入端子相对另一个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号按电压源形式串联起来作用于输入端。因为它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，所以它直接影响测量结果。 差模干扰可用下图所示的两种方式表示，图a为串联电压源形式；图b为并联电流源形式。图中es及Rs为有用信号源及内阻；Un表示等效干扰电压In表示等效干扰电流，Zn为干扰源等效阻抗Ri为接收器的输入电阻。

2、 当干扰源的等效内阻较小时，宜用串联电压形式；当干扰源等效内阻较高时，宜用并联电流源形式。下图a表示用热电偶作敏感元件，进行测温时，由于有交变磁通穿过信号传输回路产生干扰电动势，造成差模干扰；图b表示高压直流电场通过漏电流对动圈式检流计造成差模干扰。 1.2 共模干扰 共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共态干扰等，它是相对于公共的电位基准点(通常为接地点)，在检测仪器的两个输入端子上同时出现的干扰。虽然它不直接影响测量结果，但是当信号输入电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量产生影响。在实际测量过程中，由于共模干扰的电压一般都比较大，而且它的耦合机理和耦合电路不易搞清楚，排除也比

3、较困难，所以共模干扰对测量的影响更为严重。 共模干扰一般用等效电压源表示，下图为其等效电路。从图中可以看出，共模干扰电流的通路只是部分地与信号电路所共有；共模干扰会通过干扰电流通路和信号电流通路的不对称性转化为差模干扰，从而影响测量结果。 造成共模干扰的原因很多，常见的共模干扰耦合有下面几种：在检测装置附近有大功率的电气设备，因绝缘不良或三相动力电网负载不平衡，零线有较大电流时，都存在着较大的地电流和地电位差，这时，若检测系统有两个以上接地点，则地电位差就会造成共模于扰。如下图a所示热电偶测温系统及b的动力电源通过漏电阻R对热电偶测温系统形成共模干扰。在交流供电的电气测量装置中，动力电源会通过

4、电源变压器的一次、二次侧绕组间的杂散电容、整流滤被电路、信号电路与地之间的杂散电容到地构成回路，形成工频共模干扰，如 下图所示。 1.3 共模干扰抑制比 根据共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测装置产生干扰作用的原理可知，共模干扰对检测装置的影响大小，直接取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。用“共模干扰抑制比”来表示其大小，定义为：作用于检测系统的共模干扰信号与使该系统产生同样输出所需的差模信号之比。通常以对数形式表示：式中，Ucm是作用此检测系统的实际共模干扰信号；Ucd是使检测系统产生同样输出所需的差模信号。 共模干扰抑制比是检测装置对共模干扰抑制能力的量度。CMRR值越高，说明检测装置对共模干扰的抑制能力越强。共模干扰抑制比有时简称共模抑制比。下图是一个差动输入运算放大器受共模干扰的等效电路。从图中可得差模干扰电压为：从而可求得差动运算放大器的共模抑制比为：式中，当 时，则共模抑制比趋于无穷大，但实际上很难做到这一点。一般Z1、Z2 ，则上式