博客

Single-ended




输入模式

Differential




输入模式

硬件信号线连接方式

对于每一个信号源，都有一根线，连接到你所用到的数据采集接口上。

两根信号线，连接对应的信号源。每一根接到对应的输入端，比如


a+


和


a-


。

数据采集方式

测量信号与地（


ground


）之间的差别

有两个高阻抗的功率放大器，检测输入端与接口地端之间的电压。

还有第三个功率放大器，用来算出前两个功放所测得的电压，即


a+


和


a-


，之间差值。

这样就排除了两者之间公共的电压所带来的影响。

用此法的前提

（


1


）信号线是接地的

（


2


）采样设备的


ground


和信号源的


ground


是相同的（值）

缺点

（


1


）地电平差异：一般设备是认为


ground


是


0V


的常量，但是实际上，不同的位置，常有不同的电平。两者位置越接近，电平越接近于相同。但是如果将两者的地连接在一起的话，电平差值会导致一个大电流，即接地回路。这会导致在使用


Single-ended


模式输入的时候会出错。

（


2


）噪音错误：


Single-ended


模式输入对于噪音错误很敏感。噪音，即非期望的信号组合。由于信号线就像天线，会捕获环境电子活动，导致了噪音的产生。而对于


Single-ended


模式，是无法区分噪音和实际信号的。

使用


differential


输入，可以解决接地和噪音的问题。

（


1


）信号浮空：使用差分模式最常见的一个问题就是忘了将某个连接接地，即浮空。例如电池供电的设备和热电偶没有接地的连接。例如，你可以在


+


和


–


输入之间接上一个电池。然后两个输入放大器会去监视


+


到地的电压和


–


到地的电压。然而，由于没有电池和地之间没有连接，这些测得的电压可能是任何的值，也许就就会超过放大器的处理范围。

对于这些浮空的信号源，应当提供一个参考源。

比如


Microlink


有一个标示为


0V


的插槽。从“


–


”线上连一个连到这个


0V


的插槽，或者直接通过一个电阻相连，即可解决此问题。而如果你的信号本身是自接地的，那么就不需要接这个


0V


了。

（


2


）三个用来差分输入检测的放大器，总称为设备放大器。如前所述，理想情况下，对于两根线共有的电压，都可以因差分计算而被消除掉。而实际上，两个输入放大器，并不能完美的互相匹配，因此对于公共电压，多少会出现一些差别的。对于设备放大器接近于理想情况的程度大小，可以表述为共模抑制比，单位是分贝。此参数越高越好。

另外需要考虑的一点是，公共电压的范围，即放大器所能处理的最大的公共电压，如果环境电压超过此阈值，那么测量结果就不准确了。（你的硬件操作范围也许可以设计的比公共电压范围更大，但是操作电压范围只能保证你的硬件不会被损坏，却不能保证一定能正常工作。）

（


3


）差分输入需要更少的信号？

差分输入和


Single-ended


输入相比，有一个显而易见的缺点：你需要两倍数目的线，然后你才可以连接到一半数目的信号。如果你只有更短的信号线，信号线之间更近，信号大于


100mV


的话，经过评估，觉得用


Single-ended


输入，对你也是


OK


的，这时，你可以在


Single-ended


输入模式中使用差分输入模式。具体做法是，短路其中一根信号线（通常是短路输入端）接到


V


输入上。这样的话，差分输入，就可以提供两种模式任你选了。

优点

解决了


Single-ended


模式所具有的问题，即，（只要他们的电压不是太大，而使得功法无法处理的话）使用此法测得的值，是与接地无关的。

同样地，此法中，两个信号线，如果有噪音，那么也是相同的，而做了差值后，也就消除了，减去了噪音的干扰。