共模噪声是如何影响电路工作的？

▼硬件微讲堂▼

   

一道面试题…

   

   

照例，先抛出来一道问题：共模噪声是如何影响电路工作的？

这个问题，可以拆解为以下2个问题：

①理清共模和差模的区别；

②共模噪声影响电路工作的实质；

   

共模和差模

   

   

关于差共模信号，网上介绍很多，五花八门，这里只说下自己的理解：

1）差模信号，是相对传输线回路负极的信号，信号回流都是通过传输线回流到信号源的负极；

2）共模信号，是相对Earth GND的信号，信号回流都是通过寄生电容、分布电容等杂散电容以位移电流的形式回流到Earth GND；

（上述为个人理解，非官方定义，不甚严谨，仅供理解和参考）

如上图所示，左边是差模信号，很容易理解，物理回路是看得见、摸得着的。而右边的共模信号则相对麻烦，回流路径看不见、摸不着、难琢磨。

在共模信号的描述中有三个关键词：杂散电容、位移电流、Earth GND。

先说杂散电容，如上图所示，因为器件本身存在寄生电容，PCB走线存在分布电容，就算是信号回路的负极对Earth GND也是存在电容的，这些都会成为共模信号的回流路径，关键还是看不见的路径。

再说位移电流，网上给的解释：电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。太绕了！通俗来说，就是电场的变化率，它不是电荷做定向运动的电流，这点不同于“传导电流”，但它会引起变化的磁场，而且与传导电流引起的变化磁场等效。

上面提到的传导电流，是导体中运动电荷形成的电流，比如自由电子的定向运动，这就是我们常说的电流。注意和位移电流做区分。

还有Earth GND，这是大地，注意与为信号提供电流回流的GND做区分。GND是电源回路的负极，是一个选定的参考电位，但这并不是真正意义上的零电位。在硬件测试环节中，有一项测试叫“地偏移”，就是在GND上叠加一定的电平，造成整个电气系统的参考电位太高，看整个系统还能否稳定工作。真正的零电位应该是Earth GND。

上面说了这么多共模信号、差模信号。如果把“信号”换成“噪声”，是一样的道理。共模噪声、差模噪声从物理层面来讲，也是一种电气信号，只不过它们是我们不想要、不期望有的信号，我们需要尽可能去抑制。

坦白讲，也只能尽可能去抑制。想要完全消除差共模噪声，不可能！如何才能愉快地共处，这是一门技术！

   

共模噪声影响电路的机理

   

   

上面讲，我们要尽可能去抑制共模噪声，可是共模噪声到底怎么不好，又是如何影响电路呢？这就要弄清楚共模噪声影响电路的机理。

为了方便讨论这个问题，我们搭建一个电路模型。左侧是直流电源输入，中间是电路模块1，右侧是电路模块2。模块1和模块2之间传输信号，阻抗Z是由于回流地没有处理好（比如信号回流跨分割、回流地线很细、信号有切换参考层且缺少缝合电容）而产生的地阻抗。