Qu'est-ce que le bruit en mode commun?
Pratiquement tous les circuits intégrés (et les circuits en général) ont une broche nommée "masse" ou "GND", ou la fiche technique dit des choses comme "connecter VSS à la terre".
Lors de la transmission de données "sur une longue distance", les fils agissent comme des antennes et peuvent facilement capter quelques volts de bruit, mais aussi émettre du bruit. Ainsi, par exemple, une broche de sortie sur une puce dans un boîtier peut transmettre un "0" à environ 0,5 V et transmettre un bit "1" à environ 2,5 volts, mesuré par rapport à la broche de masse de cette même puce "pilote de ligne". .
À un endroit éloigné, l'autre extrémité du fil est souvent connectée à une broche sur une puce "récepteur de ligne". En raison du bruit, la tension sur cette broche d'entrée, mesurée par rapport à la broche de masse de ce même récepteur de ligne, peut souvent être n'importe où dans la plage de -1,5 V à +2,5 V lorsque l'émetteur essaie d'envoyer un "0", et n'importe où dans la plage de 0,5 V à 4,5 V lorsque l'émetteur tente d'envoyer un "1".
Alors, comment le récepteur peut-il savoir si l'émetteur essaie d'envoyer un 1 ou un 0, alors qu'il obtient une tension comme 0,9 ou 2,2?
Pour cette raison, les données transmises sur de longues distances sont souvent envoyées en utilisant une signalisation différentielle sur une paire équilibrée , souvent une paire torsadée . En particulier, les câbles USB, CANbus et MIDI incluent une seule paire torsadée pour les données; Les téléphones "2 lignes" et FireWire utilisent deux paires torsadées; Les câbles Ethernet CAT5e comprennent quatre paires torsadées; d'autres systèmes utilisent encore plus de paires. Souvent (mais pas toujours), il y a un autre "fil de terre" dans le même faisceau de câbles.
Nous étiquetons l'un de ces fils "plus" ou "positif" ou "+" ou "p", et l'autre fil "moins" ou "-" ou "négatif" ou "n". Donc quand je veux transmettre un signal "CLK" et un signal "MOSI" d'un endroit à un autre, mon câble a 4 fils étiquetés pCLK, nCLK, pMOSI, nMOSI.
La tension de mode commun de CLK est la moyenne des deux fils CLK, (pCLK + nCLK) / 2, mesurée au niveau du récepteur - par rapport à la broche GND de ce récepteur.
La tension de mode commun de MOSI est la moyenne des deux fils MOSI, (pMOSI + nMOSI) / 2, mesurée au niveau du récepteur - par rapport à la broche GND de ce récepteur.
Les personnes qui conçoivent des pilotes de ligne essaient de les faire tirer la ligne "p" autant et en même temps que la ligne "n" diminue, et vice versa, de sorte que la tension moyenne (mesurée au niveau du pilote) est constante - - dans cet exemple, la moyenne au niveau du conducteur est constante à 1,5 V. (Hélas, ils ne réussissent jamais complètement).
S'il n'y avait pas de bruit, la tension en mode commun aurait également la même valeur constante - mais hélas, ce n'est pas le cas.
Chaque fois que des données sont transmises avec une signalisation différentielle, la différence entre la tension de mode commun sans bruit et la tension de mode commun réelle est entièrement causée par le bruit. Cette différence est appelée bruit de mode commun.
Il existe 3 principales causes de bruit en mode commun:
- De nombreuses paires différentielles sont entraînées de manière à ne pas commuter les fils "+" et "-" exactement en même temps, ni par exactement la même tension, ou peut-être que de petites quantités de bruit sur le rail d'alimentation du conducteur de ligne fuient uniquement sur le Le fil "+" et non le fil "-", provoquant du bruit en mode commun. (Un étranglement en ferrite à l'extrémité "conducteur" du câble est couramment utilisé pour réduire le bruit en mode commun de cette source).
- D'autres fils dans le faisceau de câbles peuvent laisser s'échapper plus d'énergie dans un fil de la paire que dans l'autre - généralement via un couplage capacitif. (La torsion de chaque paire d'un nombre différent de torsions par longueur est couramment utilisée pour réduire le bruit en mode commun de cette source).
- Interférence extérieure - souvent par couplage inductif.
en quoi le bruit en mode commun peut-il être problématique?
Les gens essaient de concevoir des récepteurs de ligne pour rejeter le bruit en mode commun. (Hélas, ils ne réussissent jamais complètement). Mais même dans un système qui utilise une signalisation différentielle avec de tels récepteurs de ligne, le bruit en mode commun peut toujours être problématique:
Les longs fils de communication font office d'antennes. Si le pilote de ligne envoie trop de bruit en mode commun dans les fils, cela provoque des interférences de radiofréquence avec d'autres appareils et entraîne l'échec du système aux tests FCC ou CE ou aux deux, pour la compatibilité électromagnétique (CEM).
Une partie du bruit en mode commun fuit à travers le récepteur de ligne - le taux de réjection en mode commun n'est pas infini. C'est un gros problème avec les signaux analogiques; généralement pas un problème avec les zéros numériques.
La plupart des circuits intégrés ne fonctionnent pas à droite quand une broche est forcé trop élevé ou deux bas - tension inférieure à 0,6 V en dessous de la broche GND et supérieure à 0,6 V au- dessus de la broche d'alimentation provoque généralement des problèmes. Étant donné que le bruit en mode commun peut facilement pousser le signal "+" ou "-", ou les deux, en dehors de cette plage, les circuits de récepteur de ligne doivent soit connecter les fils à des circuits intégrés spéciaux (tels que les "émetteurs-récepteurs RS-485 en mode commun étendu). ") qui peut gérer de telles excursions; ou connectez les fils à un composant de circuit non intégré qui protège les circuits intégrés de telles excursions - tels que les opto-isolateurs utilisés en MIDI ou les transformateurs utilisés en Ethernet.