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[分享] ​平衡式传输更应该写成: “等量受干扰并能排除的整体传输方式”

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz ... 14343&lang=zh_CN#rd

积极讨论 共同进步!!
有质疑 才会有讨论
才能用最简单的方式让大家懂!!


之前一篇讨论阻抗平衡输出的帖子
有位老师向我们提出了质疑
截图如下
640?wx_fmt=png.png


老师的原话:
这是错误的,差分信号热端对冷端自身产生的互容互感是不一样的,这是失真的主要干扰。差分对只有两种模态可以实现无失真传播,一种两条线上有相同的驱动电压称为偶模,另一种两条线上有相反的驱动电压称为奇模。

我只是这方面的业余爱好者,差分和共模是指加在传输线上的信号。差分信号指输入信号差(V1-V2),称为奇模方式进行,共模信号指信号和的一半((V1+V2)/2),称为偶模方式进行.所以以上共模信号是(2A+0)/2,而不是受到的相同的串扰信号叫共模信号。并且2条信号线不可能完全受到完全一样的串扰,噪声也会有差分噪声信号与共模噪声信号。用在模拟电路可能频率低,不会有什么问题,但在高频数据传输上,这种理论肯定是不对的。


回答如下:
首先我们要先确定一件事:
早期的模拟电路并不聪明
无法确定谁是干扰只能执行相加放大或相减

或者僅能是添加判断条件:
信号弱到一定程度以下停止放大
一定程度以上进行放大利用
*(S/N比+SQ静噪灵敏度调整)


所以明白信号间的异与同
对其进行相应的处理就是电子工程师的智慧

我们传递的信号不论是平衡式差模(一冷一热) 或是阻抗平衡(一热一”零”)甚至是共模(两个热信号)
都存在着:1.放大失真 2.传递失真 3.还有路径上拾取的噪音

平衡传输这个名词确实需要重新检讨
太容易让人觉得要有冷热信号了
在经过教学与写作多年之后

我觉得写为
“等量受干扰并予以排除的整体传输方式”
会更容易聚焦平衡传输的工作本质

我们完全可以对照 IEC 602689-3:2001。规范  叙述
只有驱动器、线路和接收器的共模阻抗平衡在噪声或干扰抑制中起作用。
这种噪声或干扰抑制特性与所需差分信号的存在无关。”

这句可读成
在传输路径上 铺平共模干扰信号的传输与引入路径 以获得相同干扰量



平衡传输它的原始意图就是减去路径上拾取的噪音,改善非平衡传输的硬伤

就像 我们在测量音频设备数据时  纵然有THD指标,但是 大多数人还是看THD+N  (总谐波失真+噪音)
这是因为引入的噪音量值N 与好设备的 THD 差距是相对更严重的

640?wx_fmt=jpeg.jpg
线缆传输后的失真指标

640?wx_fmt=jpeg.jpg
线缆传输后的THD+N  (总谐波失真+噪音)


电路并不聪明无法确定谁是干扰
请注意前面说过了电路并不聪明,
无法确定谁是干扰!
线缆上的干扰Vn跟原始信号Vs迭加  (Vs+Vn)
我们需要另外一个有区别的Vn 来做处理

这个被线缆感应的噪音如何取得副本?
最傻的方式是”再放一条线”

自然界常见的干扰源
在两条线缆上感应的噪音通常是共模的Vn
而不是-Vn
因此工程师必须采取差动放大把
(Vs+Vn)- (Vn)= Vs

*如果干扰信号能够是-Vn
那工程师就可以”简单、开心地”使用相加电路……
头端也不用费尽心思做反相甚至匹配两颗放大器...

可惜干扰是共模信号!!
没得商量!就只能用减去!-差动放大

回头看上式(Vs+Vn)- (Vn)= Vs
至此”讯号源冷端不须信号”已经铁板钉钉
但我们建议更谨慎的把定义写作
“冷端应该与热端信号存在明显不同”
明显!!要有多明显呢?
“非黑即白”或”完全中立”

“非黑即白”=信号相位差180度(-Vs)-称为”差模”
(Vs+Vn)- (-Vs+Vn)= 2Vs  
冷端信号相位差180度

”完全中立”= 没有信号为”0”!
(Vs+Vn)- (Vn)= Vs  
冷端没有信号


这两种型态都可以把干扰消去
最终信号可能有差别(2Vs: Vs  )但无碍于消除了干扰
冷端没有信号为”0”的状态,完全可以让源头加大输出 (2Vs+Vn)- (Vn)= 2Vs
也能得到一样的能量!


那冷端信号为何要“非黑即白”或”完全中立”
这是因为 如果冷端存在一个 "不大不小的电压"
会导致传给后端设备信号的电压在处理后”不可掌握”这对于后级管理来说 是个[敏感词语]烦!!
类似的问题已经发生在一些使用TRS 大三输出的双OP调音台
由于曾经被TS大二 长期配插 所以冷端大多有老化 导致输出信号小于热端!!


那为甚么以前都说要有冷信号呢?
原因推测有两个:
1.早期使用变压器为了创造冷热对地阻抗平衡所以自然的提供了冷信号
2.额外的红利是:平衡式如果一线断掉,额外提供冷信号仍可以使设备保持非平衡运行

而读者老师提到的
“差分信号热端对冷端自身产生的互容互感是不一样的,这是失真的主要干扰。”
以我目前的知识面,我粗糙的调整叙述为:
“差分信号热端对冷端自身产生的互容互感,这是主要的失真”
信号的丢失称为失真
信号被添加噪声则是干扰

那怎样控制
”差分信号热端对冷端自身产生的互容互感”
其实在控制线缆受干扰时也在一并处理
首先电线的电容必须降低
这个电容值直接影响到高频的丢失
以及电容耦合干扰
又因为接收端吃的是冷热信号
而参考的基准是对地的阻抗,所以两条线间保持着一致性与对衬
互容互感控制则由对绞一并完成!绞密了-两者间的相对移动就低了

呼应读者老师的第二段回应”
差分和共模是指加在传输线上的信号。差分信号指输入信号差(V1-V2),称为奇模方式进行,共模信号指信号和的一半((V1+V2)/2),称为偶模方式进行.所以以上共模信号是(2A+0)/2,而不是受到的相同的串扰信号叫共模信号。”

读者老师对于名词理解得非常透彻
事实上我们行业当中对于
发送信号 称为 奇模/偶模
差分与共模 这两个词更多时候用在接收端

我整理了一个表格 也让一开始的论述更具体


信号与干扰
基于去除干扰
对于信号采取的相应处理方式
接收端
类型
热端
冷端
电路处置方式
两线间阻抗
效果
发送端
奇模
A
-A
差分处理保留信号
热-冷
差分阻抗
2A
冷端
无信号
*奇模
A
0
弹性
热-冷
热+冷
弹性均可
弹性
A
偶模
A
A
共模处理保留信号
热+冷
共模阻抗
2A
路径上
干扰
n
n
线缆上收到偶模干扰
为了去除以差分处理
热-冷
理想情况下,干扰信号是偶模恒定的
被消除








透过上表我们分析了信号源与干扰的几种组合可能
奇模偶模信号都是发送方式,但是碍于在线缆上收到干扰表现为偶模,为了去除干扰需要以"差分处理",
干扰是外在因素=不可控
那就改变信号来应对他吧!
因此行业多年来选择了”奇模”的原始信号搭配差动放大
来组合成平衡式传输


读者老师也提到”共模信号指信号和的一半((V1+V2)/2),称为偶模方式进行.所以以上共模信号是(2A+0)/2”

这边可以改写为:
”偶模信号仅能被共模处理-才能保留信号,
偶模原始信号应是共模信号和的一半
((V1+V2)/2) “
可以看做是一个规范既有信号的强度而设计的公式

将((V1+V2)/2) 带入数字:热5 冷 5  
(V1+V2)=10  ((V1+V2)/2) =5

若源信号是奇模信号就要用”差动处理”(V1-V2)
实际上也应该(V1-V2)/2  才是原信号
将((V1-V2)/2) 带入数字:热5 冷 -5  
(V1-V2)=10  
((V1-V2)/2)=5

但是!基于SN比, (V1-V2)之后的信号值
设备应该会直接予以利用,在音频的平衡式传输上这6dB 通常被视为是信噪比的红利



而读者老师提到的”
2条信号线不可能完全受到完全一样的串扰,噪声也会有差分噪声信号与共模噪声信号。”
这点前面正确但是被"尽量抑制"
-整串文字噪声信号都是我们不想要发生的

电路工程师会希望:

“噪声都能够以等量的干扰进来!
然后予以全部消除!"


在路径上
因为平行的两条线距离干扰源不同那所受到的磁场不同就会有不同的串扰
这也就是为甚么要把平衡线对绞的原因使其交换位置以便得到等量干扰
这就是全世界最常用的双绞线族
至于路径上感应到的Vn不相等 -绝对存在 !!
这个会跟:
  • 干扰源离被干扰线缆的距离
  • 线缆结构
  • 线缆粗细 有关



先从干扰源/被干扰线缆的距离说起
干扰离信号线越近 信号线受干扰越大
那两根内蕊信号线如何确保受到的干扰等量呢?
这技术一点也不新颖 1880年代电报线路就被干扰了
640?wx_fmt=png.png
因为早期干扰少,离得远,电话线在电杆上做交错即可
时至今日干扰处处有 ,应对处理就需要非常细致!
必须把所有能够 受等量干扰(让两条线与干扰源等距 且可行的方式)都用上
640?wx_fmt=png.png

因此:
  • 把信号线做得细
  • 把信号线排得非常靠近
  • 把信号线对绞紧密


就能在两条在线得到非常近似的干扰” Vn”

至于”噪声也会有差分噪声信号与共模噪声信号”

这边写为
”奇模与偶模 信号+噪声是共存的!
设备无法辨识它们是信号还是干扰”
或许会好一些

留用或去除就看接收电路要执行 “差分”还是”和”
奇模信号 发出会由 接收端 做 差分 处理
偶模信号 发出会由 接收端 做  和 处理

而自然界并不容易产生” 较高强度的奇模信号”
一个干扰源如果能被对绞线平均吸收那肯定” 大部分都是共模干扰信号”
这也就是设备为甚么要标示CMRR的原因
共模抑制比(英语:common-mode rejection ratio, CMRR)是模拟电路中差分放大器(或者其他电子器件)的一个用于衡量其抑制两端输入信号共模部分的一个参数。

谢谢读者老师您的宝贵意见
以上推导与分析还请各位读者老师不吝指教

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平衡式传输更应该写成:
“等量受干扰并能排除的整体传输方式”

IEC 602689-3:2001。规范是这样说的:
Only the common-mode impedance balance of the driver, line, and receiver play a role in noise or interference rejection.
This noise or interference rejection property is independent of the presence of a desired differential signal.
只有驱动器、线路和接收器的共模阻抗平衡在噪声或干扰抑制中起作用。
这种噪声或干扰抑制特性与所需差分信号的存在无关。






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