Перейти к содержанию

Синфазное напряжение

Любую пару напряжений на двух входах можно разложить на две части: разность, которую нужно измерить, и общее для обоих входов среднее. Вторую часть называют синфазным напряжением — и большая часть ограничений дифференциальных схем связана именно с ней.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Синфазное напряжение (common-mode voltage, VCM, в словаре TI — VIC) — среднее значение напряжений двух входов относительно общего провода (SLOA011B):

Uсинф=U++U−2,Uдиф=U+−U−.U_\text{синф} = \frac{U_+ + U_-}{2}, \qquad U_\text{диф} = U_+ - U_-.

Любую пару входных напряжений можно записать как U+ = Uсинф + Uдиф/2 и U− = Uсинф − Uдиф/2. Дифференциальная схема должна реагировать только на разность и не реагировать на общую часть; насколько хорошо у неё это получается, показывает КОСС, а в каких пределах — синфазный диапазон входа.

Где встречается

  • Мост и инструментальный усилитель. У тензомоста, питаемого от 5 В, оба выхода около 2,5 В, а полезная разность — милливольты. Внутри инструментального усилителя выходы входных ОУ лежат на уровне синфазного напряжения ± G · Uдиф/2, поэтому допустимое синфазное напряжение зависит от усиления (AN-1401, с. 4). Эту зависимость считает калькулятор инструментального усилителя.
  • Измерение тока на плюсе. Шунт стоит в шине питания, и на обоих входах усилителя — почти всё напряжение шины. У монитора INA226 синфазное напряжение (VIN+ + VIN−)/2 допускается от −0,3 до 40 В, а разность нормирована отдельно — так устроено измерение на стороне питания.
  • Линии RS-422 и RS-485. Из-за разности потенциалов земель узлов оба провода пары сдвигаются одинаково; приёмник обязан работать при синфазном напряжении от −7 до 7 В (RS-422) или от −7 до 12 В (RS-485) (SLLA070, табл. 1, 2), см. дифференциальная передача.

Ошибка от синфазного напряжения

Конечный КОСС превращает часть синфазного напряжения в ошибку, приведённую ко входу: Uош ≈ Uсинф / КОСС (в разах). Наш расчёт: при КОСС 100 дБ (105) синфазное напряжение 2,5 В даёт 25 мкВ — для моста с сигналом 10 мВ это уже 0,25 % шкалы. Поэтому в точных измерениях КОСС смотрят не меньше, чем смещение.

Не путать

С синфазной помехой: это нежелательная переменная составляющая того же вида, а синфазное напряжение бывает и постоянным, и вполне законным — как середина питания на выходах моста.

Частые вопросы

Как найти синфазное напряжение?

Сложить напряжения обоих входов относительно общего провода и разделить пополам. Например, тензомост от 5 В: на выходах около 2,5 В, а разность — милливольты. Синфазное напряжение — около 2,5 В, дифференциальное — те самые милливольты.

Чем синфазное напряжение отличается от синфазной помехи?

Синфазное напряжение — любое общее для обоих входов напряжение, в том числе постоянное и вполне законное, как 2,5 В на выходах моста. Синфазная помеха — нежелательная переменная составляющая того же вида, наведённая на оба провода. Подавляет вход и то и другое одинаково — в меру своего КОСС.

Что будет, если синфазное напряжение выйдет за допустимый диапазон?

Схема перестанет правильно вычитать: ОУ может перестать работать как положено, приёмник RS-485 — гарантированно различать уровни, а у инструментального усилителя насытятся внутренние узлы. Допустимые границы даются в даташите как синфазный диапазон входа и проверяются отдельно от разностного сигнала.

Источники

  1. Texas Instruments. Understanding Operational Amplifier Specifications, SLOA011B — словарь параметров: VIC (common-mode input voltage) — среднее двух входных напряжений; VICR — диапазон синфазного напряжения, за пределами которого ОУ может перестать правильно работать
  2. Texas Instruments. INA226 High-Side or Low-Side Measurement, Bi-Directional Current and Power Monitor, SBOS547C — предельные режимы — дифференциальное напряжение (VIN+ − VIN−) и синфазное (VIN+ + VIN−)/2 нормированы отдельно, синфазное — от −0,3 до 40 В
  3. Analog Devices. AN-1401 Instrumentation Amplifier Common-Mode Range: The Diamond Plot, Rev. 0 — с. 1 — Uдиф = U+IN − U−IN; с. 4 — внутренние узлы инструментального усилителя находятся на уровне синфазного напряжения ± G · Uдиф / 2
  4. Texas Instruments. RS-422 and RS-485 Standards Overview and System Configurations, SLLA070D — табл. 1 и 2 — приёмники RS-422 и RS-485 проверяют при синфазном напряжении от −7 до 7 В и от −7 до 12 В

Нашли ошибку?

Смотрите также