数据采集--信号输入(单端输入、差分)

Advancetechnologies;Automatetheworld.数据采集—信号输入方法马东芝武汉理工大学可靠性工程研究所[e-mail];Automatetheworld.单端输入、差分输入•单端输入，输入信号均以共同的地线为基准，判断信号与GND的电压差（主要应用于输入信号电压较高(高于1V)，信号源到模拟输入硬件的导线较短(低于15feet)，且所有的输入信号共用一个基准地线）•差分输入时,是判断两个信号线的电压差，每一个输入信号都有自有的基准地线。Advancetechnologies;Automatetheworld.数据采集•信号类型–从信号端来讲，信号分为»接地信号»浮空信号–从信号输入端来讲，输入方式分为»差分输入（DI）»参考地单端输入（RSE）»无参考地单端输入（NRSE）–一般来讲，浮空信号和差分输入方式比较好。但要看具体情况而定。接地信号浮空信号DI适合适合RSE不适合适合NRSE适合适合Advancetechnologies;Automatetheworld.•接地信号的测量–最好采用差分或NRSE方式–若采用RSE方式，会引入较大误差–接地回路通常会在测量数据中引入频率为电源频率的交流和偏置直流干扰–如果信号电压很高并且信号源和数据采集卡之间的连接阻抗很小，也可以采用RSE输入方式数据采集Advancetechnologies;Automatetheworld.•浮空信号的测量–可以用差分、RSE、NRSE方式测量浮空信号–在差分输入时，必须保证相对于测量地的信号共模电压在允许范围之内–需在测量端与测量地之间连接偏置电阻–10KohmR1=R2100Kohm–信号为直流时，仅需要R2；若为交流信号，则R1、R2均为必需数据采集Advancetechnologies;Automatetheworld.数据采集•几种信号输入方式的特点–差分输入»可避免接地回路干扰»可避免因环境引起的共模干扰–NRSE»可避免接地回路干扰–RSE»最简单，若信号满足下列条件，可选择RSE输入输入信号幅值较大，一般需1V连线比较短，一般5m环境干扰很小或信号屏蔽比较好所有输入信号都与信号源共地»否则建议选用差分输入方式–总体而言，差分输入方式是比较好的选择Advancetechnologies;Automatetheworld.伪差分输入（Pseudo-DifferentialInput）伪差分信号连接方式减小了噪声，并允许在仪器放大器的共模电压范围内与浮动信号连接.在伪差分模式下，信号与输入的正端连接，信号的参考地与输入的负端连接。伪差分输入减小了信号源与设备的参考地电位(地环流)不同所造成的影响，这提高了测量的精度。伪差分输入与差分输入在减小地环流和噪声方面是非常相似的，不同的方面在于，差分输入模式下，负端输入是随时间变化的，而在伪差分模式下，负端输入一定仅仅是一个参考。描述伪差分的另外一种方式就是，输入仅仅在打破地的环流这个意义上是差分的，而参考信号(负端输入)不是作为传递信号的，而仅仅是为信号(正端输入)提供一个直流参考点。（*注：NI关于什么是伪差分输入的解释）Advancetechnologies;Automatetheworld.单端输入与差分的区别•单端信号有明确的地，输入的信号按照高于或低于地信号分为正输入和负输入；差分信号没有明确的地，输入信号相对高于或低于另一端信号而分为正输入和负输入•单端输入时,是判断信号与GND的电压差.差分输入时,是判断两个信号线的电压差.信号受干扰时,差分的两线会同时受影响,但电压差变化不大.(抗干扰性较佳)而单端输入的一线变化时,GND不变,所以电压差变化较大.(抗干扰性较差)Pseudo-differentialT/Hstage.Fully-differentialT/Hstage.Advancetechnologies;Automatetheworld.差分信号和普通的单端信号相比的优势•a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好(最好相邻布线）当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消•b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。•c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（lowvoltagedifferentialsignaling）就是指这种小振幅差分信号技术。