Противофазные и синфазные сигналы и помехи
Пусть имеется двухпроводная система с учётом влияния земли, предназначенная для передачи информации. Фактически такая система состоит из трёх проводников.
Существуют несимметричные и симметричные двухпроводные системы для передачи данных.
В несимметричных систему опорного потенциала связывают с обратным проводником, в симметричных – со средней точкой между прямым и обратным проводниками.
Противофазным напряжением в симметричной или несимметричной системе называется напряжение между прямым и обратным проводниками.
uпф(t) = u(t) = u1(t) – u2(t).
Противофазным током в несимметричной двухпроводной системе называется ток в прямом проводнике.
Противофазным током в симметричной двухпроводной системе называется среднее значение токов прямого и обратного проводников.
Синфазным током в симметричной или несимметричной системе называется ток земли.
Синфазным напряжением в несимметричной двухпроводной системе называется потенциал обратного провода относительно земли.
Синфазным напряжением в симметричной двухпроводной системе называется потенциал средней точки между прямым и обратным проводом относительно земли.
Для передачи полезного сигнала используется противофазное напряжение или противофазный ток.
Противофазная помеха арифметически складывается с полезным сигналом, поэтому она является аддитивной.
Синфазное напряжение и ток никогда не используются для передачи сигнала. Эти сигналы всегда являются следствием действия синфазной помехи.
Если в системе передачи данных отсутствуют паразитные связи и не нарушена симметрия параметров, то синфазная помеха никак не будет влиять на передачу полезного сигнала. Эта помеха будет влиять только на условия электробезопасности.
Если в системе передачи данных нарушена симметрия параметров и имеются паразитные связи, то синфазная помеха обязательно будет преобразовываться в противофазный сигнал и будет поступать на вход приёмника вместе с полезным сигналом, поэтому в системах передачи данных выполняются мероприятия по борьбе с синфазными помехами.
Прохождение противофазных и синфазных сигналов и помех по двухпроводным системам с учётом влияния земли
Для описания прохождения этих сигналов изобразим схемы замещения симметричной и несимметричной системы.
−ЭДС полезного сигнала в начале линии.
/>−ЭДС противофазной помехи в начале линии.
−внутреннее сопротивление источника сигнала в начале линии.
−сопротивление заземлителя средней точки в начале линии.
−ЭДС синфазной помехи в начале линии.
l − длина линии или длина одного пролета схемы замещения.
−индуктивность линии на единицу длины.
−комплексное сопротивление приёмника сигнала.
−ЭДС противофазной помехи в конце линии.
−ЭДС синфазной помехи в конце линии.
−сопротивление заземлителя средней точки в конце линии.
−частичная ёмкость связи прямого провода с землей на единицу длины.
−частичная ёмкость связи обратного провода с землей на единицу длины.
−частичная ёмкость связи между проводами на единицу длины.
На данной схеме показана симметричная система сопротивлений и ЭДС в начале и конце линии.
Показана несимметрия емкостных параметров проводников. Эта несимметрия не может быть устранена никакими техническими мерами. Любое нарушение симметрии параметров приводит к появлению противофазного напряжения на входе приемника, при действии любого источника синфазной помехи. Количественно этот эффект может быть выражен следующими показателями:
1. Коэффициент преобразования синфазного сигнала в противофазный. 
, при остальных источниках равных нулю.
2. Коэффициент синфазно-противофазного затухания.
.
Данная схема не учитывает волновые эффекты при прохождении сигнала вдоль двухпроводной системы и может применяться, если l<λ/4. А более строго эта схема может применяться если l<λ/(π√8).
Для учета волновых эффектов можно применять многопролётную схему замещения.
Синфазный сигнал
Синфазный сигнал — составляющая аналогового сигнала, присутствующая с одним знаком, амплитудой и фазой на всех рассматриваемых выводах. В электронике, где сигнал передаётся с использованием напряжения, синфазный сигнал определяется обычно как полусумма напряжений [1] :
на одном из выводов:
![U_<cu \varkappa \phi>= U — U_<\partial u \phi>/2″ width=»» height=»» /></p>
<h3>Синфазный сигнал в системах связи</h3>
<p>Электронные системы кабельной связи, например множество Ethernet технологий, обычно построены по принципу передачи дифференциального сигнала через кабели состоящие из витых пар. Синфазный сигнал в таких системах представляет собой помеху [2] , которая должна быть подавлена на терминальном оборудовании [3] . Однако из-за разбалансировки пары и несовершенства терминальных устройств часть синфазного сигнала переходит в дифференциальный сигнал, чем вызывает искажения полезного сигнала и соответственно увеличение вероятности потери передаваемых данных.</p>
<div style=](https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/2a22397904ea892b9d933a93082f7ce7.png)
Синфазный сигнал в дифференциальных усилителях
Дифференциальный усилитель — электронное устройство, призванное усилить дифференциальный сигнал. Однако из-за нелинейности входных цепей [4] часть входного синфазного напряжения также усиливается. Степень подавления входного синфазного напряжения называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС), он нормируется и обычно выражается в децибелах напряжения. Так для операционных усилителей общего применения КОСС составляет порядка 65…100 дБ.
Термины: Сигналы синфазный и противофазный (дифференциальный)
При описании распространения сигнала или помехи в электропроводной среде часто употребляются термины синфазный (СФ) и противофазный (ПФ). Эти термины употребляются тогда, когда в рассматриваемой системе есть две точки (два полюса) приложения сигнала (помехи): условно X и Y, как показано на рисунке. СФ сигнал действует с одной и той же фазой на точки X и Y приложения сигнала относительно условного нуля или некой третьей опорной или общей точки. ПФ сигнал действует с противоположной фазой (противоположным знаком) на точки X и Y приложения сигнала относительно внешней среды. Поэтому, противофазный сигнал также часто называют дифференциальным, подразумевая его «разностную» сущность.
При рассмотрении напряжений в рассматриваемых точках электропроводной среды помеха приложена синфазно, а полезный сигнал – противофазно, как это бывает в случае дифференциальных или симметричных цепей.
Некоторые функциональные узлы электрических схем (например дифференциальный приёмник сигнала, трансформатор, схемы гальваноразвязки на разных физических принципах) могут подавлять синфазный сигнал, а пропускать противофазный. В противоположность этому: линейные мостовые балансные схемы способны значительно скомпенсировать противофазный сигнал по отношению к синфазному.
Ярким примером раздельной аналоговой обработки синфазной и противофазной составляющих сигнала является стандартная схема гальваноразвязки Ethernet, в которой прослеживаются разные пути распространения СФ и ПФ сигналов.
При анализе дифференциальных электрических цепей обычно рассматривают две эквивалентные электрические схемы: для СФ и ПФ сигналов раздельно, подразумевая линейное разложение сигнала на эти две составляющие (0,5*(Х + Y) и X-Y, соответственно, если X и Y – это фазные напряжения, как показано на рисунке выше). Как следствие этого анализа, в частности, возникает необходимость описания электрических свойств дифференциального входа или дифференциального выхода для СФ и ПФ сигналов отдельно: диапазона, входного или выходного сопротивления, характеристик пропускания или подавления на определённых частотах и т.д. С этой точки зрения, мгновенные значения СФ и ПФ сигналов дифференциальной или симметричной цепей можно рассматривать как две координаты при описании мгновенного состояния физического сигнала в двумерном пространстве.
| Перейти к другим терминам | Cтатья создана: | 12.06.2015 |
| О разделе «Терминология» | Последняя редакция: | 12.08.2019 |
Использование терминов
Термины используются при описании свойств дифференциального входа, например, в документации следующих измерительных модулей АЦП, имеющих дифференциальные входы:
Разрядность: 14 бит
Частота преобразования 400 кГц суммарно
Каналов: 16 дифференциальных/ 32 с общей землей
Диапазоны: ±0,15 В…±10 В
Модуль АЦП универсальный
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц
LTR11
Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА
Модуль АЦП для ICP датчиков
8 каналов, 24 бит, 78 кГц
LTR25
Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В
Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц
LTR24
АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.
Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet
E-502
АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express
Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express
L-502
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,15 В…10 В; 200 кГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 200 кГц
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0
Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 200 кГц, USB
E14-140M
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,156 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0