Sind die Ströme, die außerhalb des Koaxialkabels fließen, wirklich „Gleichtakt“?

Stellen Sie sich eine Leiterleitung vor. Bei gegebenen Strömen auf den beiden Leitern können wir diese Ströme als Strom auf jedem Leiter einzeln beschreiben oder :

1. Ströme, die auf einem Leiter in eine Richtung fließen, auf dem anderen durch genau gleiche und entgegengesetzte Ströme (Differenzmodus)

2. Ströme, die auf einem Leiter in eine Richtung fließen und auf dem anderen mit genau gleichen und ähnlichen Strömen übereinstimmen (Gleichtakt)

Das heißt, die Gleichtaktströme gemeinsam zu beiden Leitern. Das ist ordentlich, weil ich die Gleichtaktströme zurückweisen und nur das Differenzmodus-Signal mit einem Transformator oder einem Differenzverstärker messen kann:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Betrachten Sie jedoch eine ideale koaxiale Übertragungsleitung. Die Ströme sind:

1. Auf dem Innenleiter fließende Ströme, die genau durch gleiche und entgegengesetzte Ströme auf der Innenseite der Abschirmung übereinstimmen (Differenzmodus)

2. Ströme, die nur an der Außenseite der Abschirmung fließen

Ich habe gehört, dass "Gleichtakt" -Ströme an der Außenseite der Abschirmung fließen. Aber sind sie wirklich verbreitet ? Sie fließen nicht auf beiden Leitern. Daher kann ich diese Ströme mit einem Differenzverstärker oder Transformator nicht zurückweisen:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Ist es daher wirklich richtig, diese Ströme als "Gleichtakt" zu bezeichnen?

Wenn wir die Gleichtakt- und Differenzmodusströme definieren, erhalten wir einige Beziehungen wie

$i_{\mathrm{comm}} = \dfrac{1}{2}(i_+ + i_-)$

$i_{\mathrm{diff}} = i_+ - i_-$.

Jetzt haben Sie eine andere Methode zum Aufteilen der Ströme auf einem Koax definiert und nur diese beiden Stromtypen erkannt:

1. Auf dem Innenleiter fließende Ströme, die genau durch gleiche und entgegengesetzte Ströme auf der Innenseite der Abschirmung übereinstimmen (Differenzmodus)

2. Ströme, die nur an der Außenseite der Abschirmung fließen

Dies bedeutet, dass am Innenleiter kein Strom vorhanden ist, der nicht mit einem gleichen und entgegengesetzten Strom am Außenleiter übereinstimmt.

Nennen wir den Strom am Mittelleiter $i_c$ und der Strom am äußeren Leiter $i_s$. Und wir definieren einen positiven Strom an jedem Leiter, der von der Quelle weggeht.

Jetzt müssen wir haben $i_s = -i_c + i_2$ wo $i_2$ ist Ihre 2. Kategorie von Strom.

Damit, $i_2 = i_s + i_c$. Und wir sehen, dass abgesehen von einem Skalierungsfaktor von 2x,$i_2$ ist genau der gleiche wie der normalerweise definierte Gleichtaktstrom.

Rauschen in einem Kabelschirm kann Gleichtakt sein oder auch nicht.

Die Idee, dass es sich um einen Gleichtaktmodus handelt, stammt von dreiadrigen Kabeln, bei denen eine Abschirmung um ein Leiterpaar gewickelt ist, das ein Differenzsignal führt. Das Signal wird als Differenz zwischen den Leitern angesehen. Jedes Potential zwischen den beiden Innenleitern und der Abschirmung ist Gleichtakt. Dies ist analog zur parallelen Bewegung der + und - Eingänge eines Differenzverstärkers in Bezug auf Masse.

Bei einem Zweileiterkabel, bei dem das Signal die Differenz zwischen dem Innenleiter und der Abschirmung darstellt, ändert sich die Bedeutung des Gleichtakts: Gleichtakt ist die Bewegung sowohl der Abschirmung als auch des Innenleiters. Dies ist analog zu den + und - Eingängen eines Differenzverstärkers, bei denen einer von ihnen mit Masse verbunden ist. Damit Gleichtaktrauschen auftritt, muss ein Problem mit dem Boden vorliegen, das dazu führt, dass es sich bewegt.

In einigen Literaturstellen ist dies wahrscheinlich verwirrend, da die Autoren fälschlicherweise das, was sie über Differentiallinien erforscht haben, auf Single-Ended-Linien anwenden.

Obwohl heutzutage häufig Operationsverstärker verwendet werden, um das Signal von einer Single-Ended-Leitung aufzunehmen, sind Verstärker, die auf diese Weise verwendet werden, nicht mehr differenziell. Das Operationsverstärkergerät ist differentiell, aber die Schaltung ist einseitig. Sie können die gleiche Art der Verstärkung beispielsweise mit einer gemeinsamen Quelle / Kollektor-Transistorstufe durchführen: Es wird kein Diff-Verstärker benötigt.

Genau genommen bezieht sich der Begriff "Gleichtakt" auf Differenzleitungen und Differenzverstärker, die einen kontrastierenden "Differenzmodus" aufweisen.

Wenn wir den Begriff "Gleichtakt" im Zusammenhang mit einem Single-Ended-Signalverarbeitungssystem verwenden, bezieht er sich auf die Masse des Signals als nicht ideale Masse, die sich in Bezug auf die ideale 0-V-Referenz bewegen kann, so dass in gewissem Sinne die Der Verstärker verfügt über einen Differenzialmodus (unabhängig davon, ob es sich um einen Differenzial-Operationsverstärker oder eine Single-Ended-Eingangsstufe handelt).

Natürlich ist ein Single-Ended-System in dem Sinne "differentiell", dass jede als absolut angegebene Spannung tatsächlich eine Potentialdifferenz ist, und wir können dies auf einen Diff-Verstärker anwenden. Aber das ist nicht das, was wir unter "Differential" verstehen.

Der Schlüsselaspekt der Differenzsignalisierung ist nicht die Verwendung entgegengesetzter Signale. Die Differenzsignalisierung erfordert keine entgegengesetzten und gleichen Signale. Es funktioniert genauso gut, wenn einer der Leiter überhaupt kein Signal enthält. Der Schlüsselaspekt der Differenzsignalisierung ist die Verwendung von zwei Signalnetzwerken, von denen keines geerdet ist und die gleiche Impedanzen in Bezug auf Masse haben. Darauf bezieht sich "ausgewogen". Jedes in den beiden Leitungen induzierte Gleichtaktrauschen sieht in jeder Leitung die gleiche Impedanz und erzeugt daher an den Eingängen die gleichen Spannungen, die subtrahiert und gelöscht werden (etwas unvollkommen, was zu einer bestimmten Anzahl von Dezibel Dämpfung führt).

Ein Single-Ended-System kann nicht ausgeglichen werden, da seine Signalleitung eine Eingangsimpedanz erfordert und die Rückleitung im Idealfall eine Impedanz von Null gegen Masse haben muss.

Lassen Sie mich der Notation und Verwendung von The Photon folgen $i_c$ und $i_s$ um die Ströme im Kern und in der Abschirmung des Koax zu bezeichnen, $i_{\rm diff}$ und $i_{\rm comm}$ um die Differenz- und Gleichtaktströme zu bezeichnen, und $i_1$ und $i_2$ um die beiden Arten von Strömen (Core-in-Shield-Return und Only-Shield) in Ihrer Frage zu bezeichnen.

Jetzt reicht jedes dieser Strommessungspaare aus, um einen möglichen Satz von Strömen, die entlang des Kabels fließen, eindeutig auszudrücken. Das Problem ist das, während die lineare Karte

Also, während der Gleichtakt $i_{\rm comm}$ ist in der Tat proportional zu $i_2$ und unabhängig von $i_1$, der Differentialmodus $i_{\rm diff}$ ist eine Mischung aus dem $i_1$ und $i_2$Modi. Oder, um es anders herum zu betrachten, die$i_1$ Signal ist rein differentiell, aber das $i_2$ Signal ist eine Kombination aus Differenzial- und Gleichtaktmodus.

Dies bedeutet insbesondere, dass der Differentialmodus $i_{\rm diff}$ ist nicht orthogonal zum $i_2$ Modus, und somit wird die Messung des Differenzstroms mit einem Transformator oder einem Differenzverstärker nicht vollständig zurückgewiesen $i_2$.

Soviel zur Mathematik. Nun, wenn Sie das ablehnen möchten$i_2$Gegenwärtig müssen Sie etwas messen, das tatsächlich orthogonal dazu ist. In Ihrem Fall wäre die offensichtliche (naive?) Wahl nur der Kernstrom$i_c$, was in Ihrem System, wie Sie es beschreiben, einfach gleich ist $i_1$.