如何有效地提供共模电压？

摘要： 共模电压（Common Mode Voltage，简称CMV）是指在电路中，所有信号线与一个公共参考点之间的平均电压，在差分信号传输系统中，共模电压是两个信号线的电位平均值，理解并...

共模电压（Common Mode Voltage，简称CMV）是指在电路中，所有信号线与一个公共参考点之间的平均电压，在差分信号传输系统中，共模电压是两个信号线的电位平均值，理解并提供共模电压对于确保电路的正常运行和抑制噪声干扰至关重要，下面将详细阐述如何提供共模电压：

一、共模电压的定义和重要性

1、定义：共模电压是指电路中所有信号线与一个共同参考点之间的电压，它是非反相输入端（VIN+）和反相输入端（VIN）的平均电压，即VICM = (VIN+ + VIN) / 2。

2、重要性：

信号完整性：共模电压影响信号的完整性，如果共模电压超出运放的输入范围，会导致信号失真或损坏器件。

噪声抑制：共模电压有助于区分有用信号和噪声，通过差分放大器的设计，可以放大差分信号（信号线之间的电压差），同时抑制共模信号（两根信号线相对于地的电压）。

电磁兼容性（EMC）：共模电压的管理对于提高电路的电磁兼容性至关重要，共模干扰通常由电网串入、地电位差及空间电磁辐射引起。

二、如何提供共模电压

1、使用差分放大器：差分放大器能够放大差分信号，同时抑制共模信号，其共模抑制比（CMRR）是衡量这一能力的重要参数，选择合适的差分放大器，并确保其输入共模范围覆盖所需的工作电压范围。

2、设置偏置电压：对于交流信号放大，需要设置适当的偏置电压，以确保放大器工作在放大状态而不是饱和或截止状态，这可以通过调整电源电压或使用外部偏置电路来实现。

3、隔离技术：为了减少共模干扰，可以使用电源隔离技术，形成两个相对独立的电源系统，使用变压器或光电耦合器来隔离输入和输出信号。

4、屏蔽和接地：采用屏蔽双绞线和良好的接地措施，可以有效减少共模干扰，确保所有信号线都有良好的屏蔽层，并连接到共同的接地点。

5、专用差分检测运放：在高共模电压的应用中，如电池管理系统（BMS），可以使用专用的差分检测运放，如AD629，这些运放具有更高的共模输入范围，能够处理高达数百伏的共模电压。

三、实例分析

以两路差分信号为例，假设信号为sin+/sin，信号峰峰值为0.5V，共模电压为2.5V，要求将差分信号转换为单端信号，且波形幅值范围在0到3.3V之间。

1、原始信号表达式：

sin+ = 0.25sin(θ) + 2.5

sin = 0.25sin(θ) + 2.5

2、目标信号表达式：

sin = 1.65sin(θ) + 1.65

3、转换过程：

将原始信号的共模电压从2.5V降低到1.65V，这可以通过调整放大器的偏置电压来实现。

根据目标信号表达式，调整放大器的增益，使输出信号的幅值范围达到0到3.3V。

四、FAQs

1、什么是共模电压？

共模电压是指在电路中，所有信号线与一个公共参考点之间的平均电压，它是非反相输入端和反相输入端的电压平均值。

2、为什么共模电压对电路设计很重要？

共模电压影响信号的完整性和噪声抑制能力，通过管理共模电压，可以减少共模干扰，提高电路的电磁兼容性和信号处理精度。

通过上述方法，可以有效地提供和管理共模电压，确保电路的稳定运行和高性能表现。