Що таке "загальний режим" шуму?

Чи може хтось пояснити, що таке "звичайний" шум, і як це може бути проблематично?

Я розумію "шум" по сигналу взагалі. Якщо у мене на платі є "шумний" + 5В рейковий рейс, я не збираюсь отримувати постійне значення +5, воно буде підстрибувати навколо і нижче цього номінального значення ... ... але все одно відносне до схеми COM .

Моє дуже розпливче розуміння «загального режиму» шуму - це те, що обидві сторони відрізняються однаково між собою . (Тут розпадається моє розуміння) Тобто пара підстрибує по відношенню до ... ... до чого? Земля земля?

Що таке шум у загальному режимі?

Практично всі інтегральні мікросхеми (і взагалі схеми) мають штифт під назвою "земля" або "GND", або в аркуші даних написано такі речі, як "підключити VSS до землі".

Передаючи дані "на велику відстань", дроти виконують роль антен і можуть легко підхопити шум декількох вольт, а також випромінювати шум. Так, наприклад, вихідний штифт на мікросхемі в одній коробці може передавати "0" приблизно 0,5 В і передавати біт "1" приблизно 2,5 вольт, виміряний відносно заземлення цього ж чіпа "лінійного драйвера" .

У віддаленому місці інший кінець дроту часто з'єднують із штифтом на мікросхемі "лінійного приймача". Через шум напруга на цьому вхідному штифті, виміряне відносно заземлення цього ж лінійного приймача, часто може знаходитися в будь-якому місці діапазону від -1,5 В до + 2,5 В, коли передавач намагається надіслати "0", і в будь-якому місці діапазону від 0,5 В до 4,5 В, коли передавач намагається надіслати "1".

Тож як одержувач може знати, чи намагається передавач посилати 1 або 0, коли отримує напругу, як 0,9 або 2,2?

Через це дані, передані на великі відстані, часто надсилаються за допомогою диференціальної сигналізації через врівноважену пару , часто виту пару . Зокрема, кабелі USB, CANbus та MIDI містять одну виту пару для передачі даних; "Дворядкові" телефони та FireWire використовують дві кручені пари; Кабелі Ethernet CAT5e включають чотири кручені пари; інші системи використовують ще більше пар. Часто (але не завжди) в тому ж пучку кабелів є якийсь інший "заземлений провід".

Ми позначаємо один з цих проводів "плюс" або "позитивний" або "+" або "p", а інший провід "мінус" або "-" або "негативний" або "n". Отже, коли я хочу передавати сигнал "CLK" і "MOSI" з одного місця в інше, мій кабель має 4 дроти з маркуванням pCLK, nCLK, pMOSI, nMOSI.

Синфазное напруга на CLK являє собою середнє з двох проводів, CLK (PCLK + nCLK) / 2, виміряних в приймальнику - по відношенню до GND контакту цього приймача.

Напруга загального режиму MOSI - це середнє значення двох проводів MOSI (pMOSI + nMOSI) / 2, виміряних у приймачі - відносно GND-контакту цього приймача.

Люди, які проектують лінійні драйвери, намагаються змусити їх тягнути "p" лінію так само, як і в той же час, коли лінія "n" знижується, і навпаки, тому середня напруга (вимірюється у драйвера) є постійною - - у цьому прикладі середній показник у водія - постійний 1,5 В. (На жаль, вони ніколи не є повністю успішними).

Якби не було шуму, то напруга загального режиму також була б такою ж постійною величиною - але на жаль, це не так.

Щоразу, коли дані передаються за допомогою диференціальної сигналізації, різниця між напругою загального режиму без шуму та фактичною напругою загального режиму цілком спричинена шумом. Ця різниця називається загальним режимом шуму.

Існує 3 основні причини шуму у звичайному режимі:

• Багато пар різниць приводяться в рух таким чином, що не перемикають дроти "+" і "-" точно в один і той же час, або точно однаковою напругою, або, можливо, невеликий об'єм шуму від силової рейки водія ліній протікає тільки на "+" провід, а не провід "-", викликаючи певний шум у звичайному режимі. (Для зменшення шуму в звичайному режимі від цього джерела зазвичай використовується феритовий дросель на кінці кабелю "драйвер" кабелю).
• Інші дроти в комплекті кабелю можуть просочити більше енергії в один провід пари, ніж в інший - як правило, через ємнісну муфту. (Скручування кожної пари різною кількістю поворотів на довжину зазвичай використовується для зменшення шумів у звичайному режимі від цього джерела).
• Зовнішнє втручання - часто через індуктивне сполучення.

як шум у звичайному режимі може бути проблематичним?

Люди намагаються спроектувати лінійні приймачі для відхилення шумів у звичайному режимі. (На жаль, вони ніколи не є повністю успішними). Але навіть у системі, яка використовує диференційну сигналізацію з такими лінійними приймачами, шум у звичайному режимі все ще може бути проблематичним:

• Довгі дроти зв'язку виступають антенами. Якщо лінійний драйвер надсилає занадто багато шуму загального режиму по дротах, це спричиняє радіочастотні перешкоди з іншими пристроями та призводить до того, що система не зможе тестувати FCC або тестування CE або те і інше, для електромагнітної сумісності (EMC).

• Деякий шум у звичайному режимі протікає через лінійний приймач - коефіцієнт відхилення загального режиму не є нескінченним. Це велика проблема з аналоговими сигналами; зазвичай це не проблема з цифровими та нулями.

• Більшість інтегральних мікросхем не спрацьовує, коли будь-який контактний штифт завищений або два низьких напруги нижче 0,6 В нижче штифта GND і вище 0,6 В над штифтом живлення, як правило, викликає проблеми. Оскільки шум у звичайному режимі може легко підштовхувати сигнал "+" або "-" або обидва, що знаходяться поза цим діапазоном, ланцюги лінійного приймача повинні або підключати дроти до спеціальних інтегральних мікросхем (наприклад, "Розширені загальноприйняті режими приймачів RS-485" ") які можуть впоратися з такими екскурсіями; або підключити дроти до якогось неінтегрованого компонента схеми, який захищає ІМС від таких екскурсій - таких як оптоізолятори, що використовуються в MIDI, або трансформатори, що використовуються в Ethernet.

$(V_+ + V_-)/2$

$V_+ - V_-)$

Одним із конкретних прикладів, що підкреслює різницю, є про аудіо, який передає сигнали навколо, використовуючи кабель із скрученою парою з роз'ємами XLR, порівняно зі споживчим звуком, який використовує прохідний сигнал з одного кінця.

Навіть звичайний режим шуму є проблематичним, якщо у вас немає високого загального коефіцієнта відхилення режиму. Наприклад, якщо ви будуєте "типовий" один підсилювач диференціального підсилювача з погано переносимими (тобто більшістю) резисторами, коефіцієнт відхилення загального режиму буде поганим.

Отже, повернемося до "чому це проблематично"? - його менш проблематичний, ніж диференційний шум, але не обов'язково магічний прийом передачі сигналів шуму, особливо якщо обладнання не побудоване для оптимального ослаблення загальних режимів сигналів.

Правильно, вони обидва підстрибують по відношенню до землі, або як би ви не називали свою посилання 0V. Уявіть це як акумулятор на пружині - напруга акумулятора залишається постійним, але сама батарея летить всюди. Так, я знаю, це погана аналогія !!!

Зазвичай шум загального режиму відноситься до обох проводів диференційної пари, що підстрибує відносно джерела живлення пристрою, який приймає вхід від них. Незалежно від того, чи відхилення вимірюється відносно негативної рейки, позитивної рейки або якоїсь точки між, як правило, не має великого значення, оскільки у випадках, коли шум у звичайному режимі має значення, часто це на порядок більше, ніж шум живлення.

Якщо вхід до пристрою має, наприклад, 0,1 вольт загального режиму шуму відносно негативної рейки, а пристрій 10 мв шуму на його джерелі живлення, то незалежно від того, яку опорну точку електроживлення вибирає, шум у звичайному режимі буде бути десь від 0,09 до 0,11 вольта. Якщо шум у звичайному режимі не буде проблемою, 0,11, ймовірно, також не буде; якщо 0,1 вольт буде проблемою, 0,09, ймовірно, буде також.

Шум загального режиму виникає між трьома фазами або нейтральним і земним, тоді як шум у звичайному режимі виникає між трифазними живими провідниками. Детальніші відомості див. У книзі про якість електроенергії Dugan та Mark et al.

Д-р Насрулла Хан