Apa itu noise "mode-umum"?

Dapatkah seseorang menjelaskan suara "mode-umum" itu, dan bagaimana kebisingannya?

Saya mengerti "noise" pada sinyal secara umum. Jika saya memiliki "berisik" + 5V rel di papan sirkuit, saya tidak akan mendapatkan nilai konstan +5, itu akan memantul di atas dan di bawah nilai nominal ... ... tetapi masih relatif ke sirkuit COM .

Pemahaman saya yang sangat kabur tentang noise "mode-umum" adalah di mana kedua belah pihak sama-sama berbeda . (Di sinilah pemahaman saya rusak) Artinya, pasangan ini memantul sehubungan dengan ... ... untuk apa? Tanah bumi?

Apa itu noise mode umum?

Praktis semua sirkuit terintegrasi (dan sirkuit pada umumnya) memiliki pin bernama "ground" atau "GND", atau datasheet mengatakan hal-hal seperti "sambungkan VSS ke ground".

Saat mentransmisikan data "jarak jauh", kabel bertindak sebagai antena dan dapat dengan mudah mengambil beberapa volt kebisingan, dan juga memancarkan kebisingan. Jadi, misalnya, pin output pada chip dalam satu kotak dapat mengirimkan "0" sekitar 0,5 V dan mengirimkan bit "1" sekitar 2,5 volt, diukur relatif terhadap pin ground dari chip "line driver" yang sama .

Di lokasi yang jauh, ujung kabel lainnya sering dihubungkan ke pin pada chip "line receiver". Karena kebisingan, tegangan pada pin input tersebut, yang diukur relatif terhadap pin ground dari penerima saluran yang sama, mungkin sering berada di kisaran -1,5 V hingga +2,5 V saat pemancar mencoba mengirim "0", dan di mana saja dalam kisaran 0,5 V hingga 4,5 V ketika pemancar mencoba mengirim "1".

Jadi bagaimana mungkin penerima mengetahui apakah pemancar mencoba mengirim 1 atau 0, ketika mendapat tegangan seperti 0,9 atau 2,2?

Karena itu, data yang dikirim dalam jarak jauh sering dikirim menggunakan sinyal diferensial melalui pasangan seimbang , seringkali pasangan bengkok . Khususnya, kabel USB, CANbus, dan MIDI menyertakan satu pasangan terpuntir untuk data; Telepon "2-line" dan FireWire menggunakan dua pasangan bengkok; Kabel Ethernet CAT5e mencakup empat pasangan bengkok; sistem lain menggunakan lebih banyak pasangan. Seringkali (tetapi tidak selalu), ada beberapa "kawat tanah" lainnya di bundel kabel yang sama.

Kami memberi label pada salah satu kabel ini "plus" atau "positif" atau "+" atau "p", dan kabel lainnya "minus" atau "-" atau "negatif" atau "n". Jadi ketika saya ingin mengirimkan sinyal "CLK" dan "MOSI" dari satu tempat ke tempat lain, kabel saya memiliki 4 kabel berlabel pCLK, nCLK, pMOSI, nMOSI.

The tegangan mode umum dari CLK adalah rata-rata dari dua kawat CLK, (PCLK + nCLK) / 2, diukur pada penerima - relatif terhadap pin GND penerima itu.

Tegangan mode umum MOSI adalah rata-rata dari dua kabel MOSI, (pMOSI + nMOSI) / 2, diukur pada penerima - relatif terhadap pin GND penerima tersebut.

Orang-orang yang mendesain driver garis mencoba membuat mereka menarik garis "p" ke atas sebanyak dan pada saat yang sama dengan garis "n" turun, dan sebaliknya, sehingga tegangan rata-rata (diukur pada driver) konstan - - dalam contoh ini, rata-rata pada pengemudi adalah konstan 1,5 V. (Sayangnya, mereka tidak pernah sepenuhnya berhasil).

Jika tidak ada noise, maka tegangan mode umum juga akan menjadi nilai konstan yang sama - tetapi sayangnya, tidak.

Setiap kali data ditransmisikan dengan sinyal diferensial, perbedaan antara tegangan mode umum bebas-noise dan tegangan mode umum yang sebenarnya sepenuhnya disebabkan oleh noise. Perbedaan itu disebut noise mode umum.

Ada 3 penyebab utama noise mode umum:

• Banyak pasangan diferensial digerakkan dengan cara yang tidak mengganti kabel "+" dan "-" pada waktu yang sama persis , atau dengan tegangan yang sama persis, atau mungkin sedikit kebisingan pada rel kereta listrik pengemudi bocor ke hanya "+" wire dan bukan "-" wire, menyebabkan beberapa noise mode umum. ( Ferrite choke pada ujung "driver" kabel biasanya digunakan untuk mengurangi noise mode umum dari sumber ini).
• Kabel-kabel lain dalam bundel kabel dapat membocorkan lebih banyak energi ke dalam satu kawat pasangan dibandingkan lainnya - biasanya melalui kopling kapasitif. (Memutar setiap pasangan, jumlah putaran yang berbeda per panjang biasanya digunakan untuk mengurangi noise mode-umum dari sumber ini).
• Gangguan luar - sering melalui kopling induktif.

bagaimana noise mode biasa bisa bermasalah?

Orang-orang mencoba merancang penerima saluran untuk menolak kebisingan mode umum. (Sayangnya, mereka tidak pernah sepenuhnya berhasil). Tetapi bahkan dalam sistem yang menggunakan pensinyalan diferensial dengan penerima saluran seperti itu, noise mode umum masih bisa bermasalah:

• Kabel komunikasi yang panjang bertindak sebagai antena. Jika driver jalur mengirim terlalu banyak noise mode-umum di kabel, itu menyebabkan gangguan frekuensi radio dengan perangkat lain, dan menyebabkan sistem gagal dalam pengujian FCC atau pengujian CE atau keduanya, untuk kompatibilitas elektromagnetik (EMC).

• Beberapa noise mode umum bocor melalui penerima saluran - rasio penolakan mode umum tidak terbatas. Ini adalah masalah besar dengan sinyal analog; biasanya tidak masalah dengan yang digital dan nol.

• Kebanyakan sirkuit terintegrasi tidak berfungsi dengan benar ketika pin mana pun dipaksa terlalu tinggi atau dua tegangan rendah lebih rendah dari 0,6 V di bawah pin GND dan lebih tinggi dari 0,6 V di atas pin daya biasanya menyebabkan masalah. Karena noise mode umum dapat dengan mudah mendorong sinyal "+" atau "-", atau keduanya, di luar rentang itu, sirkuit penerima saluran harus menghubungkan kabel ke sirkuit terintegrasi khusus (seperti "Extended Common-Mode RS-485 Transceivers ") yang dapat menangani kunjungan semacam itu; atau sambungkan kabel ke beberapa komponen sirkuit non-terpadu yang melindungi IC dari kunjungan semacam itu - seperti opto-isolator yang digunakan dalam MIDI atau transformator yang digunakan dalam Ethernet.

$(V_+ + V_-)/2$

$V_+ - V_-)$

Satu contoh khusus yang menyoroti perbedaannya adalah pro audio, yang melewatkan sinyal menggunakan kabel twisted pair dengan konektor XLR, vs audio konsumen, yang menggunakan lewat sinyal ujung tunggal.

Bahkan Common Mode noise bermasalah jika Anda tidak memiliki rasio penolakan mode umum yang tinggi. Misalnya, jika Anda membuat amplifier diferensial satu op-amp "tipikal" dengan resistor yang tidak ditoleransi dengan baik (yaitu, sebagian besar), rasio penolakan mode umum akan menjadi buruk.

Jadi, kembali ke "mengapa itu bermasalah"? - ini tidak terlalu bermasalah daripada noise diferensial, tetapi belum tentu merupakan teknik ajaib untuk menghilangkan sinyal noise, terutama jika perangkat keras tidak dibangun untuk secara optimal melemahkan sinyal mode umum.

Benar, keduanya memantul relatif ke bumi atau apa pun yang Anda sebut referensi Anda 0V. Bayangkan itu seperti baterai pada pegas - tegangan baterai tetap konstan tetapi baterai itu sendiri terbang di semua tempat. Ya saya tahu, ini analogi yang buruk !!!

Biasanya, noise mode umum mengacu pada kedua kabel dari pasangan diferensial yang memantul relatif ke catu daya perangkat yang mengambil input dari mereka. Apakah bouncing diukur relatif terhadap rel negatif, rel positif, atau beberapa titik di antara umumnya tidak terlalu menjadi masalah, karena dalam kasus di mana suara mode biasa penting, seringkali urutan besarnya lebih signifikan daripada kebisingan catu daya.

Jika input ke perangkat memiliki misalnya 0,1 volt noise mode umum relatif terhadap rel negatif, dan perangkat 10mv noise pada catu daya, maka tidak peduli apa pun titik referensi catu daya yang dipilih, noise mode umum akan berada di suatu tempat antara 0,09 dan 0,11 volt. Jika 0,1 volt noise mode umum tidak akan menjadi masalah, 0,11 mungkin juga tidak; jika 0,1 volt akan menjadi masalah, 0,09 mungkin juga.

Kebisingan mode umum terjadi antara tiga fase atau netral dan ground sedangkan kebisingan mode normal terjadi antara tiga konduktor hidup. Untuk perincian lebih lanjut lihat buku kualitas daya oleh Dugan dan tandai.

Dr Nasrullah Khan