什么是共模信号和差模信号，光隔离探头的高共模抑制比有什么用?

Micsig麦科信

　　在电子测试和测量的世界里，精确的电信号捕捉是成功的关键。然而，现实情况往往复杂多变，信号在传输过程中不可避免地会受到各种干扰，本文将探讨共模信号与差模信号的区别，以及共模抑制比(CMRR)的重要性。我们将解释这些概念，并展示麦科信的SigOFIT光隔离探头如何在氮化镓(GaN)半桥电路的测量中，展现出其无与伦比的共模抑制能力。通过实际案例，我们将揭示共模干扰的来源，以及如何通过高CMRR值的探头来有效抑制这些干扰，从而提高信号的信噪比和测量的准确性。

　　共模信号与差模信号

　　麦科信(Micsig)的SigOFIT光隔离探头相对差分探头具有诸多优势，其中最重要一个，那就是其无与伦比的共模抑制能力。那么，共模抑制能力强，到底有什么用呢?在电子学中，信号可以分为两种基本模式：共模和差模。这两种模式对于理解信号传输和干扰处理至关重要，特别是在涉及信号完整性和噪声抑制的领域。带着疑问，我们先来看看到底什么是共模信号，什么是差模信号。

　　什么是共模信号

　　共模信号是指两个信号线相对于参考点(通常是地)具有的相同幅度和相位的信号成分。简而言之，共模信号是两个信号线相对于公共参考点的共同变化部分。

　　什么是差模信号

　　差模信号是指两个信号线之间的电压差，即两线之间的相对变化。它是实际要传输的有效信号成分，代表了信号线之间的信息传递。

　　关于共模抑制比(CMRR)

　　探头的共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio, CMRR)是电压探头对差模信号放大能力和对共模信号(干扰信号)抑制能力的一个重要参数。在理想情况下，放大电路应该只放大差模信号(即两个输入端之间差异的信号)，而对共模信号(即两个输入端相同的信号)完全不敏感。CMRR的数值越大，表明电路对共模信号的抑制能力越强，电路的性能通常越好。

　　CMRR通常用单位 dB 来表示，其计算公式如下：

　　如果探头设备对差模信号的增益为1000(30dB)，而对共模信号的增益为1(0dB)，那么CMRR将是：

　　CMRR数值越大，意味着探头对共模信号的放大倍数越小，从而对共模干扰的抑制能力越强。在电子测量和信号处理中，高CMRR有助于提高信号的信噪比，减少干扰对测量结果的影响。

　　氮化镓(GaN)半桥电路分析

　　我们以氮化镓(GaN)半桥电路中上管Vgs测量为例，上管Vgs驱动信号就是差模信号，下管的Vds就是共模信号。

　　在氮化镓(GaN)半桥电路中，特别是当涉及到上管的栅源电压(Vgs)测量时，共模干扰是一个常见的问题。这种干扰可能来源于多种途径，并且会对测量结果产生不利影响。

　　在氮化镓半桥电路中，开关瞬态电压非常高，尤其是在高速开关操作时。当上管和下管交替导通时，由于开关过程中的快速电压变化，会在栅源间产生高频共模电压;快速开关变化同时会在半桥电路周围产生强烈的电磁场，这会导致附近的导体感应出共模电压。开关瞬间，电磁辐射可能会耦合到栅源回路中，形成共模干扰。

　　测量设备引入共模干扰

　　在高速开关应用中，较长的导线可能会像天线一样收集周围的电磁场能量，进而产生共模电压。测量探头的输入电容和输入电阻可能会与电路形成分压网络，导致共模干扰。差分探头就可能会存在这些问题，而麦科信(Micsig)的光隔离探头可采用MMCX或MCX母座连接，引线极短，而且输入电容很小，没有这些问题。

　　如此多的共模干扰，会严重影响信号的测量结果，因此我们的测试探头要想保证信号的真实性，就必须具有很强的抑制共模干扰的能力，共模抑制比越大就说明抑制共模噪声的能力越强，假设测试氮化镓电路，共模信号电压是500V，dv/dt=250V/ns，要抑制这样的共模干扰，如果CMRR=60dB，探头会输出500mV的共模干扰叠加到差模信号上，对差模信号有明显的影响，如果CMRR=80dB，探头会将50mV的共模干扰叠加到差模信号上，对差模信号的影响还是不可忽略，如果CMRR=100dB，探头只会残留5mV的共模干扰，对差模信号来说完全可以忽略。

　　麦科信SigOFIT光隔离探头共模抑制比高达180dB，在1GHz频段时，仍然具有超100dB的共模抑制比，可以近乎完美地抑制高频共模噪声所产生的震荡，所呈现的信号没有额外多余成分，是第三代半导体测试的不二之选。

　　此外，在高速信号传输中，如果信号线的阻抗不匹配，可能会导致信号反射，从而产生共模电压，这种反射现象会加剧共模干扰的问题。而麦科信SigOFIT光隔离探头采用50Ω阻抗，可以最大限度地减少信号反射，提供更好的信号完整性。

　　总结

　　通过上述文章，我们了解了什么是共模，什么是差模，以及共模干扰产生的一些原因。同时，麦科信(Micsig)的SigOFIT光隔离探头拥有超高共模抑制比，可以更好地抑制共模噪声，保证信号的完整性，帮助我们看到信号真实的样子，助力大家完成测量SiC/GaN等功率器件的栅极电压驱动等高压高频等挑战性场景。如果大家有采购或者样机申请需求，可以随时联系我们。