本文想要說明單端和差分信號的接線方法。當然我們先要介紹一下單端和差分信號，然后在說明其接線方法。

一、單端及差分信號

單端信號是指輸入信號由一個參考端和一個信號端構成，這個參考端一般就是地端。信號是通過計算信號端和地端的差值得到的。

差分信號則是指將單端信號進行差分變換，一路信號與原信號相位相同，另一路信號與原信號相位相反。從另一個角度講，差分信號就相當于兩個單端信號，一個相對于參考地來說是正的，另一個相對于參考地來說是負的。

所以差分信號的計算方法是先計算兩根信號線上的差值，然后再除以二。對比這兩種信號，差分信號的抗干擾能力較強，因為差分的兩條導線距離很近，而且信號反相，所以產生的干擾信號會同時耦合到這兩路信號上，當差分信號做差時，干擾信號就相互抵消了。

當然在實際測試中，最終得到的是差分信號做差后的結果波形。

二、單端及差分信號的接線方法

從上述介紹中我們可以發現單端和差分信號的一個共同點：兩種信號都要做差，也就是說信號的產生需要一個參考值（被減數）。

在模擬輸入的采集中，我們可以將接線方法中分為接地參考單端輸入（RSE），它計算的是AI和AI GND之間的電位差。

非接地參考單端（NRSE）測量的是AI和AI SENSE之間的電位差。

差分輸入（DIFF）測量的是AI+和AI-之間的電位差。

它們具體的線路連接我們就不展開介紹了。這里著重說明的是接線方法的選擇。需要注意的有三點：第一，采集卡與電腦連接，可以看作一個整體，是采集端。傳感器則是信號源，是發生端。第二，下文提到的浮空源是相對的，是說此設備相對于另一端沒有參考地，而接地源則與之相反。第三，采集端和發生端是否共地與它們是否與物理上的大地連接并沒有必然的關系。下面我們將討論不同情況下的設備接線方法。

第一種情況：傳感器和電腦均是接地源，這時我們就要使用單端信號的NRSE模式或差分信號的差分接法。

這里要注意的是單端信號在采用NRSE接法時，不能將Ai Sense與AGND短接，因為要避免接地環路的出現。一般我們認為大地是0電勢的，但在真正應用中，由于電流大小、布局結構等因素的影響，參考地會產生一定的電壓波動，簡單來說就是兩個接地端的電壓并不相同。這樣在信號源和采集卡之間就會產生電勢差，如果將它們的參考地連接起來（Ai Sense與AGND短接），這個電勢差就會進入測量系統中，從而導致誤差。

第二種情況：當傳感器是電池供電，這樣的信號基本是浮空信號源。這時無論采集端是浮空源還是接地源，測量單端信號應使用RSE模式。

測量差分信號時，應注意使差分輸入保持共地。

但是對于內阻較大的浮地信號源，這樣的連接會導致差分信號失衡，所以我們要使用大約100倍信號源內阻的偏置電阻來連接AGND端口。這種連接方法可被歸類至偽差分輸入模式，對單端信號也同樣適用，下文我們就不在說明。

第三種情況：當傳感器是由開關電源供電，而開關電源通常是隔離的，所以我們認為它是浮空源。這就與上述的電池供電傳感器的情況一致。還有一些無源的傳感器設備，如熱電偶等，它們同樣是浮空源。

第四種情況：電腦不接地，這里一般指筆記本，因為它的適配器是隔離，所以我們認為它是浮空的。同理，無論發生端是什么樣的信號源，我們都應該使用RSE或差分接法。

最后一種情況較為特殊：發生端和采集端都是浮空源，但他們卻是共地的。造成這種情況的原因是一些額外的設備提供了參考地。

當然，如果這些額外設備之間又是隔離的，那么就只能使用浮空源的接法了。

從上述的幾種情況中可以發現，差分模式其實是默認共地的，這在接線中需要我們注意。其中的共地是指有沒有共同的參考端。如果有，那么就要使用NRSE或差分模式，防止出現接地環路。如果沒有，那么單端信號就要使用RSE模式。

在RSE和NRSE方面，我們要注意的是采集端設備是否支持這兩種模式。例如在接下來的實驗中，我們使用的USB－３１１３采集卡不支持RSE模式，這樣傳感器的信號負便不能直接接到采集卡的AGND端口上。

三、實驗驗證

本次實驗使用的設備有：USB-3113采集卡，信號發生器、差分輸出的加速度計、電腦及電源。

首先驗證單端信號，實驗使用的是筆記本，它是浮空源，而信號發生器使用的是三線電源，是接地源，使其輸出1mV的直流信號。

根據上述介紹，在測量中應使用RSE接線方法，但采集卡不支持這種模式。所以將信號正與AI 0連接，信號負與AI SENCE連接，并將AI SENCE與AGND短接。其實這就相當于RSE的接法。

在軟件中可以看到波形顯示。

然后換一臺接地的電腦，使用NRSE模式接線，其波形與筆記本顯示的波形是一致的。

然后使用RSE模式，我們可以看到接地回路帶來的測量誤差。

接下來驗證差分信號，我們先介紹一下傳感器，這是一種差分輸出的加速度傳感器，輸出電壓是±3.6V，量程是±2g，需要5V的直流電源。

我們將它的差分輸出接到采集卡的Ai 0和Ai 1端口上，電源輸入與直流電源的正負極相連，因為使用筆記本電腦作為采集端，在接線時，我們要將電源負極和傳感器負極連接到采集卡的AGND上，達到共地的目的。

在軟件中，把采集模式調整為差分模式，選擇AI 0，根據傳感器參數設置其它內容。可以看到傳感器采集的手機振動信息。

當電腦接地，我們可以直接把傳感器的差分輸出端接到采集卡的Ai 0和Ai 1端口上，而不用額外共地，因為供電電源及電腦都是接地源。

如果我們將它們地端連接，在軟件中就能明顯看到接地回路帶來的測量誤差。

以上就是本期視頻的全部內容了，希望對您有所幫助。大家有任何問題都可以在評論區指出，或者通過搜索微信公共號：Smacq思邁科華直接聯系我們。也可以訪問官網：smacq.cn。

審核編輯 黃宇