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共模抑制

Common-Mode Rejection

传感器信号线上的干扰,很大一部分是"两根线一起抬高"的共模电压。差模放大电路的本事,不在于放大多少信号,而在于能压掉多少共模。

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共模与差模

  • 差模信号:有用信号通常表现在两根线之间的电位差(V⁺ − V⁻)。
  • 共模电压:两根线相对地同时出现的电压(如地电位差、工频感应)。它本身不该进入测量,但因为电路不完全对称,会"漏"成差模误差。

共模抑制比(CMRR)衡量放大器抑制共模、保留差模的能力,单位分贝(dB),越大越好。

为什么要关心

野外两根几十米长线,两端地电位常差几伏甚至更高(来自配电、雷击、电机)。若 CMRR 不足,这几伏共模会被部分转成差模误差,直接淹没 mV 级有用信号。

提升手段

  1. 仪表放大器 + 高 CMRR:前端用差分仪表放大器,而非单端放大。
  2. 屏蔽层正确接地:屏蔽双绞线单端接地,泄放共模电场(见技术专题:屏蔽层单端接地)。
  3. 隔离:用隔离放大器/隔离 RS485,切断地环路,从根上消除地电位差。
  4. 对称布线:两根信号线尽量等长等距,减少不对称引入的共模-差模转换。

常见误区

把"屏蔽层两端接地"当成更保险——反而制造地环路,共模变大;或只在单端放大,CMRR 不足,长线一布就飘。

共模抑制不是锦上添花,而是长线模拟测量的前提。信号再弱,先把共模压下去,才谈得上精度。