Birisi "ortak mod" gürültüsünün ne olduğunu ve nasıl sorunlu olabileceğini açıklayabilir mi?
Genel olarak bir sinyal üzerindeki "gürültüyü" anlarım. Bir devre kartında "gürültülü" + 5V'lık bir ray varsa, +5 değerinde sabit bir değer almayacağım, bu nominal değerin üstünde ve altında zıplayacak COM devresine .
"Belirsiz mod" gürültüsüne dair çok belirsiz anlayışım, iki tarafın da eşit şekilde değiştiği yer . (Anlayışımın bozulduğu yer burasıdır) Yani, çift ... neye göre zıplıyor? Yeryüzü?
Yanıtlar:
Pratik olarak tüm entegre devreler (ve genel olarak devreler) "toprak" veya "GND" olarak adlandırılan bir pime sahiptir veya veri sayfası "VSS'yi toprağa bağlamak" gibi şeyler söylüyor.
Verileri "uzun mesafeli" iletirken, teller anten görevi görür ve kolayca birkaç volt gürültü alabilir ve aynı zamanda gürültüyü yayabilir. Örneğin, bir kutudaki bir çip üzerindeki bir çıkış pimi yaklaşık 0,5 V gibi bir "0" iletebilir ve aynı "hat sürücüsünün" çipinin toprak pimine göre ölçülen, yaklaşık 2,5 volt kadar bir "1" bit iletebilir .
Uzak bir yerde, kablonun diğer ucu genellikle bir "hat alıcısı" yongası üzerindeki bir pime bağlanır. Gürültü nedeniyle, aynı hat alıcısının toprak pimine göre ölçülen bu giriş pimi üzerindeki voltaj, verici bir "0" göndermeye çalıştığında genellikle -1,5 V ile +2,5 V arasında olabilir ve Verici bir "1" göndermeye çalışırken 0,5 V - 4,5 V aralığında.
Peki alıcı, vericinin 0,9 veya 2,2 gibi bir voltaj aldığında vericinin 1 mi yoksa 0 mı göndermeye çalıştığını nasıl bilebilir?
Bu nedenle, uzun mesafeler boyunca iletilen veriler genellikle dengeli bir çift üzerinde , genellikle bükümlü bir çift üzerinde diferansiyel sinyaller kullanılarak gönderilir . Özellikle, USB, CANbus ve MIDI kabloları veri için tek bir bükümlü çift içerir; "2 hatlı" telefonlar ve FireWire iki bükümlü çift kullanır; CAT5e Ethernet kabloları dört bükülü çift içerir; diğer sistemler daha da fazla çift kullanır. Genellikle (ancak her zaman değil), aynı kablo demetinde başka bir "topraklama kablosu" vardır.
Bu tellerden birini "artı" veya "pozitif" veya "+" veya "p" ve diğer kabloyu "eksi" veya "-" veya "negatif" veya "n" olarak etiketledik. Bu yüzden bir "CLK" ve bir "MOSI" sinyalini bir yerden diğerine iletmek istediğimde, kablonumda pCLK, nCLK, pMOSI, nMOSI etiketli 4 tel vardır.
Ortak mod gerilim bu alıcının GND pimine göre - CLK alıcıda ölçülen iki CLK telleri (PCLK + nCLK) / 2, ortalamasıdır.
MOSI'nin ortak mod gerilimi, alıcının ölçülen iki MOSI kablosunun (pMOSI + nMOSI) / 2, yani alıcının GND pimine göre ortalamasıdır.
Hat sürücüleri tasarlayanlar, "p" hattını "n" hattının düşmesiyle aynı anda ve aynı anda çekmelerini sağlamaya çalışırlar, yani ortalama voltaj (sürücüde ölçülür) sabittir - - Bu örnekte, sürücüdeki ortalama sabit bir 1,5 V'dur (Ne yazık ki, asla tamamen başarılı olamazlar).
Gürültü olmasaydı, genel mod voltajı da aynı sabit değer olurdu - ama ne yazık ki, öyle değil.
Veriler farklı sinyallerle iletildiğinde, gürültüsüz genel mod voltajı ile gerçek genel mod voltajı arasındaki fark tamamen gürültüden kaynaklanır. Bu farka ortak mod gürültü denir.
Genel mod gürültünün 3 ana nedeni vardır:
İnsanlar ortak mod gürültüsünü reddetmek için hat alıcıları tasarlamaya çalışıyor. (Ne yazık ki, onlar asla tamamen başarılı değildir). Ancak bu tür hat alıcılarıyla diferansiyel sinyal kullanan bir sistemde bile, ortak mod gürültüsü hala sorunlu olabilir:
Uzun iletişim telleri anten görevi görür. Hat sürücüsü kablolara çok fazla ortak mod gürültüsü gönderirse, diğer cihazlarla radyo frekansı parazitine neden olur ve sistemin elektromanyetik uyumluluk (EMC) için FCC testinde veya CE testinde veya her ikisinde de başarısız olmasına neden olur.
Genel mod gürültüsünün bir kısmı hat alıcısı üzerinden sızıyor - genel mod reddetme oranı sonsuz değil. Analog sinyallerde bu büyük bir sorundur; genellikle dijital olanlar ve sıfırlarla ilgili bir sorun değil.
Entegre devrelerin çoğu, herhangi bir pim çok yüksek veya iki düşük voltajlı GND piminin altında 0,6 V'den düşük ve güç piminin üstündeki 0,6 V'den yüksek olduğunda genellikle doğru çalışmaz . Yaygın mod gürültüsü kolayca "+" veya "-" sinyaline veya her ikisine de kolayca yayılabildiğinden, hat alıcı devreleri telleri özel tümleşik devrelere bağlamalıdır ("Genişletilmiş Ortak Modlu RS-485 Alıcı Vericiler" gibi) ") bu gezileri kaldırabilir; veya telleri, MIDI'de kullanılan opto izolatörler veya Ethernet'te kullanılan transformatörler gibi IC'leri bu tür gezilere karşı koruyan tümleşik olmayan devre bileşenlerine bağlayın.
"Ortak mod gerilimi" her iki sinyal yolunda da görünen ortalamadır. Genel mod voltajının açıkça olarak tanımlandığı bir diferansiyel amplifikatörün iki girişi bağlamında düşünmem daha kolay . Bu sayının, bazılarının gürültüyü düşündüğünü ya da diğerlerinin sinyal olarak gördüklerini yansıtıp yansıtmadığı, tanım açısından önemsizdir.
Şimdi, neden sorunlu olduğu için, bazen öyle, bazen öyle değil. Genellikle, amacım tüm EM gürültüsünün ortak mod olarak iyi bir amplifikatöre görünmesini sağlamak ve bunu elde etmek için bükülmüş çiftleri kullanmaktır. "İyi" ile, genel ortak mod reddetme oranına sahip bir amplifikatör kastediyorum. Böyle bir yükselteç için, diferansiyel sinyaller ( yükseltilir ve genel mod gerilimleri zayıflar (doğru yapıyorsanız ÇOK zayıflatılır). Bükümlü çift kullanmazsanız, her sinyal yolu çok farklı bir EM gürültüsü paterni görebilir, bu nedenle EM gürültüsü artık ortak mod değil, diferansiyeldir.
Farkı vurgulayan özel bir örnek, XLR konektörleriyle birlikte bükülmüş çift kablo kullanılması etrafında sinyaller veren ve tek uçlu sinyal geçişi kullanan tüketici sesi olan pro sesdir.
Genel mod reddetme oranınız yüksek değilse, Ortak Mod gürültüsü bile sorunludur. Örneğin, zayıf toleranslı (yani çoğu) dirençli "tipik" bir op-amp diferansiyel amplifikatör kurarsanız, ortak mod reddetme oranı düşük olacaktır.
Peki, neden "sorunlu"? - diferansiyel gürültüye göre daha az problemlidir, ancak özellikle donanım genel mod sinyallerini en iyi şekilde hafifletmek için inşa edilmemişse, gürültü sinyallerini gidermek için sihirli bir teknik gerektirmez.
Doğru, ikisi de dünyaya göre ya da referans 0V dediğiniz her şeye göre zıplıyorlar. Bir yaydaki akü gibi düşünün - akü voltajı sabit kalır ancak akünün kendisi her yere uçar. Evet biliyorum, bu kötü bir benzetme !!!
Tipik olarak, ortak mod gürültüsü, onlardan girdi alan cihazın güç kaynağına göre sıçrayan bir diferansiyel çiftin her iki telini ifade eder. Sıçrama negatif raya, pozitif raya veya aradaki bir noktaya göre ölçülüp ölçülmediği genel olarak pek önemli değildir, çünkü ortak mod gürültüsünün önemli olduğu durumlarda, genellikle güç kaynağı gürültüsünden daha önemli olan bir büyüklük sırasıdır.
Bir cihaza giriş, negatif raya göre örneğin 0,1 volt ortak mod gürültüsüne ve cihazın güç kaynağında 10mv gürültü içeriyorsa, hangi güç kaynağı referans noktası bir olursa olsun, ortak mod gürültüsü 0,09 ile 0,11 volt arasında bir yerde olabilir. Eğer 0.1 volt ortak mod gürültüsü problem olmazsa, muhtemelen 0.11 de olmayacak; 0.1 volt bir problem olursa, muhtemelen 0.09 da olacaktır.
Ortak mod gürültüsü üç faz veya nötr ve toprak arasında meydana gelirken normal mod gürültüsü üç fazlı canlı iletkenler arasında meydana gelir. Daha fazla ayrıntı için, Dugan ve mark et al.
Dr Nasrullah Khan