目標(biāo)

提供以下模擬輸入信號(hào)連接的基本概念和原理:

單端輸入

差分輸入

共模電壓

共模范圍

系統(tǒng)接地和隔離

適用用戶

希望準(zhǔn)確采集模擬輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡用戶。如果熟悉這些概念，可以直接進(jìn)入第二部分:模擬信號(hào)連接基礎(chǔ)課程(下)

原理

單端和差分輸入信號(hào)配置

典型的數(shù)據(jù)采集硬件提供獨(dú)立和差分模擬輸入配置選項(xiàng)

單端輸入

單端輸入收集輸入信號(hào)和參考信號(hào)系統(tǒng)接地端之間的電壓(AGND)(見圖1)。這種連接使得我們?cè)跍y(cè)量時(shí)只需要對(duì)每個(gè)信號(hào)使用一個(gè)模擬輸入通道，因此在使用RSE模式時(shí)，一個(gè)16通道數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以測(cè)量16個(gè)信號(hào)。

圖1。基本單端輸入配置

差分輸入

差分輸入收集兩個(gè)獨(dú)立輸入信號(hào)之間的電壓差(見圖2)。與單輸入方式相比，差分輸入對(duì)電磁傳導(dǎo)干擾的抵抗力

能力更強(qiáng)。大部分的EMI干擾會(huì)同時(shí)傳導(dǎo)到所有的信號(hào)線，差分輸入可以通過(guò)測(cè)量根線的信號(hào)差來(lái)去除這些干擾。

圖2?；静罘州斎肱渲?/p>

共模電壓和共模范圍

單端輸入和差分輸入的主要區(qū)別是模擬輸入的共模連接或共模電壓。

單端多通道采集系統(tǒng)需要所有輸入電壓對(duì)應(yīng)同一公共參考點(diǎn)，以避免固定的測(cè)量誤差。對(duì)于大多數(shù)單端輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，公共參考點(diǎn)必須是計(jì)算機(jī)的接地端，以避免傳導(dǎo)干擾和接地端噪聲對(duì)輸入信號(hào)的影響。

圖3顯示了共模電壓下的單端輸入連接。接地端子G1和G2之間的電壓差將導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集卡輸入放大器的信號(hào)誤差。對(duì)于單輸入，如果找不到理想的公共接地，則必須使用差分輸入模式。

圖3:帶共模電壓的獨(dú)立輸入連接

與單端輸入相比，差分輸入連接可以更有效地抑制傳導(dǎo)干擾，因?yàn)椴罘州斎胪ㄟ^(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)連接點(diǎn)之間的電勢(shì)差來(lái)消除或忽略共模電壓的影響，消除的共模電壓可能是穩(wěn)定的DC電平或噪聲毛刺。

圖4。共模電壓下的差分輸入連接

Vcm是差分輸入連接消除的共模誤差，必須在一定范圍內(nèi)，稱為共模電壓范圍。一般來(lái)說(shuō)，差分連接模式下的儀表放大器共模電壓范圍為10 V，Vcm+Vs必須在此范圍內(nèi)。

10 V的共模電壓范圍如圖5所示，因此:

由于共模電壓的限制，即使使用差分輸入模擬。我們無(wú)法測(cè)量從AGND到信號(hào)輸入的電位差大于10V的模擬信號(hào)。例如，因?yàn)楸仨殱M足10 V的共模電位差限制，所以設(shè)備無(wú)法收集13V和14V之間的差分電壓，盡管該電壓只有1 V。

系統(tǒng)接地和隔離

在決定如何將信號(hào)連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備時(shí)，需要考慮三種接地條件:

如果設(shè)備和信號(hào)源使用公共接地，信號(hào)源可以直接連接到設(shè)備。

如果設(shè)備和信號(hào)源公共地之間存在電壓偏移(無(wú)論是交流還是DC)，該偏移電壓就是共模電壓。然后這個(gè)偏置電壓的幅度決定了你是否可以將信號(hào)直接連接到設(shè)備(這種情況將在下面的“帶共模電壓的系統(tǒng)(地電位差)”一節(jié)中解釋)。

如果設(shè)備和信號(hào)源已經(jīng)通過(guò)接地隔離，您可以直接將信號(hào)源連接到您的設(shè)備。

有共同基礎(chǔ)的系統(tǒng)

在最簡(jiǎn)單的情況下，信號(hào)源和采集系統(tǒng)具有相同的地電位。一個(gè)典型的例子是由數(shù)據(jù)采集卡供電或激勵(lì)的信號(hào)源。如果使用公共接地作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的參考接地，設(shè)備接地和信號(hào)源接地之間的任何電壓都會(huì)導(dǎo)致潛在的誤差。

如果信號(hào)源或傳感器沒有直接連接到您設(shè)備上的AGND端口，即使您連接到0V電位的端口并將采集系統(tǒng)配置為單端模式，即使接地端的毫伏電位差也足以導(dǎo)致測(cè)量誤差。(尤其是使用高增益時(shí))

共模電壓系統(tǒng)(地電位差)

用戶往往不知道如何接地，信號(hào)源和設(shè)備之間存在偏執(zhí)電壓。這些偏置電壓可以是交流、DC或混合電壓。產(chǎn)生偏執(zhí)電壓的原因有很多，比如電磁傳導(dǎo)干擾或者地線和連接器之間阻抗導(dǎo)致的電位差。接地電位差是流行的說(shuō)法，但實(shí)際上更專業(yè)的說(shuō)法是共模電壓。

小共模電壓條件

如果信號(hào)源地與設(shè)備地的電位差相對(duì)較小，則電位差加上輸入信號(hào)不超過(guò)10 V的允許共模輸入范圍。

圍。特別是當(dāng)你把接地端的電壓加到最大輸入電壓上，小于10 v，這個(gè)輸入范圍是數(shù)據(jù)采集允許的。您可以通過(guò)差分輸入將這些信號(hào)連接并直接發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而無(wú)需額外的信號(hào)調(diào)理。幸運(yùn)的是，絕大多數(shù)系統(tǒng)都是在這種情況下運(yùn)行的。

大共模電壓條件

如果信號(hào)源地與設(shè)備地之間的電位差比較大，則電位差加上輸入信號(hào)已經(jīng)超過(guò)了10 V的允許共模輸入范圍，這種情況下，請(qǐng)不要將設(shè)備直接連接到信號(hào)源。改變信號(hào)接地模式或增加信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

歡迎聯(lián)系我們的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，尋求信號(hào)調(diào)理方面的幫助。

注意

避免使用交流電源插座的接地端子進(jìn)行信號(hào)接地操作。不同的電源插座可能有不同的電位差。房間不同部分的120伏電源插座的接地端子只能連接到保險(xiǎn)絲。這使得在接地端可能有明顯的電位差——特別是，兩個(gè)120伏電源插座在三個(gè)交流電的不同相位上。

圖6。信號(hào)源與模擬輸入采集卡公共地之間的單端輸入連接

更多信息，請(qǐng)關(guān)注趙佳科技

趙佳公司擁有40年的測(cè)試和測(cè)量行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)的銷售、技術(shù)和服務(wù)團(tuán)隊(duì)，在許多領(lǐng)域表現(xiàn)出色，包括:通用微波/

射頻測(cè)試、無(wú)線通信測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、記錄與分析、振動(dòng)與噪聲分析、電磁兼容性測(cè)試、汽車安全性測(cè)試、精密可編程測(cè)量電源、微波/射頻元器件、傳感器等。，在深圳、北京、上海、武漢、Xi、沈陽(yáng)、珠海和成都設(shè)有全資分支機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)工廠和辦事處。