目的
提供對以下模擬輸入信號連接概念和實踐的基本理解：
單端輸入
差分輸入
共模電壓
共模范圍
系統(tǒng)接地和隔離
目標受眾
DAQ設備用戶負責連接模擬輸入信號以進行精確測量。如果您已經(jīng)熟悉這些概念，則可以直接進行TechTip：基本模擬信號連接（第2部分）。
理論上的
單端和差分輸入配置
典型的DAQ設備提供了單端或差分模擬輸入通道的選擇。
單端輸入
單端輸入測量輸入信號和模擬地（AGND）之間的電壓（見圖1）。因為它們每個輸入僅需要一個物理連接，所以使用相同的連接器和板載多路復用器，單端配置可以監(jiān)視的通道數(shù)量是雙端差分配置的兩倍。
單端輸入
圖1.基本的單端輸入配置
差分輸入
差分輸入測量兩個不同輸入信號之間的電壓（見圖2）。差分輸入比單端輸入具有更好的抗電磁干擾（EMI）能力。在一根導線中感應的大多數(shù)EMI噪聲也在另一根導線中感應。DAQ輸入僅測量兩條引線之間的差異，而忽略了兩者共有的EMI。這種效果是雙絞線布線的主要好處–雙絞線確保兩條線幾乎都受到相同的外部影響。
差分輸入
圖2.基本差分輸入配置
共模電壓和共模范圍
單端或差分輸入配置之間的主要區(qū)別是模擬電壓輸入的共連接或共模電壓。
單端多通道測量要求所有電壓均參考同一公共節(jié)點，以防止某些類型的測量誤差。對于大多數(shù)單端DAQ系統(tǒng)，通用參考必須是計算機確定的接地，這使得測量容易受到EMI和信號源的任何接地噪聲的影響。
圖3顯示了具有共模電壓（V cm）的單端配置。接地g1和g2之間的任何電壓差都會在輸入放大器上顯示為錯誤信號。如果沒有理想的公共點用于單端輸入，則需要差分輸入配置。
具有共模電壓的單端輸入配置
圖3：具有共模電壓的單端輸入配置
差分輸入配置比單端配置更不受EMI的影響，因為差分連接可以抵消或忽略共模電壓，并且可以測量兩個連接點之間的差異。拒絕的共模電壓可以是穩(wěn)定的直流電平或噪聲尖峰。
具有共模電壓的差分輸入配置
圖4.帶有共模電壓的差分輸入配置
Vcm在差分輸入配置中被忽略，但僅在稱為共模范圍的范圍內(nèi)。通常，差動模式下的設備放大器的共模范圍為±10V。 共模電壓和信號電壓– V cm + V s –必須保持在該范圍內(nèi)。
±5 V的共模電壓范圍如圖5所示。
共模電壓
圖5.共模電壓= +4 V
如果來自器件AGND的輸入信號大于10 V，則即使在差分模式下也無法測量輸入信號。例如，由于±10 V共模范圍限制，該設備無法將13 V和14 V之間的差作為1 V進行測量。
系統(tǒng)接地和隔離
在確定如何將信號連接到DAQ設備時，需要考慮三種與地面參考有關的情況：
如果設備輸入和信號源具有公共接地，則可以將信號源直接連接到設備。
如果設備輸入和信號源的地線之間有一個偏移電壓（交流和/或直流），那么該偏移就是共模電壓。根據(jù)此電壓的大小，您可以將設備直接連接到信號源（此情況在“ 帶共模（接地偏移）電壓的系統(tǒng) ”部分中進行了說明）。
如果設備和信號源已經(jīng)有隔離的接地，則可以將信號源直接連接到設備。
具有公共
接地的系統(tǒng)在最簡單的情況下，信號源與設備具有相同的接地電位。直接從DAQ設備向信號源提供功率或激勵時，通常會發(fā)生這種情況。如果您在假定存在公共接地的情況下設置系統(tǒng)，則設備接地和信號接地之間的任何電壓都是潛在的錯誤電壓。
如果信號源或傳感器未直接連接到設備上的AGND引腳，則即使電壓表測得的電壓為0.0 V，也應假定您沒有公共接地。將系統(tǒng)配置為在電源和電源之間存在接地偏移電壓。設備-特別是在使用高增益的情況下。亞毫伏范圍內(nèi)的地電位足夠大，會引起誤差，但手持電壓表可能無法測量。
具有公共接地（接地偏移）電壓
的系統(tǒng)最可能的接地情況涉及以某種方式連接的接地，但在設備和信號源接地之間具有偏移電壓。此偏移電壓可以是AC，DC或兩者。偏移可能由多種因素引起，例如EMI拾取或接地線和連接中的電阻性電壓降。對于這種類型的系統(tǒng)，接地偏置電壓是一個更具描述性的術語，但是術語“ 共模”被更頻繁地使用（因此在本文中使用）。
共模電壓小：如果信號源地和設備地之間的電壓小，則地電壓和輸入信號的總和不會超過允許的±10 V共模范圍。特別是，將地之間的電壓加到最大輸入電壓時，結果在±10 V范圍內(nèi)。此輸入與設備兼容，您可以采用差分配置連接系統(tǒng)，而無需額外的信號調(diào)理。幸運的是，大多數(shù)系統(tǒng)都屬于此類，并且接地之間的電壓差很小。
大共模電壓：如果信號源地和設備地之間的電壓足夠大，則地電壓和輸入信號的總和將超過允許的±10 V共模范圍。在這種情況下，請勿將設備直接連接到信號源。更改系統(tǒng)接地配置或添加隔離信號調(diào)節(jié)。
請與我們的技術支持小組聯(lián)系以討論信號調(diào)理選項（請參閱本文末尾的更多信息）。
警告！避免將交流電源插座的接地插腳用于信號接地。不同的接地插頭可能會有較大的潛在電壓差。請記住，房間不同側(cè)的120 VAC插座上的接地插針只能連接在斷路器面板上。這留下了接地引腳可能具有明顯的電壓差的可能性，特別是如果兩個120 VAC插座碰巧處于不同的線路相位時。
設備和信號源已經(jīng)有隔離的接地
某些信號源已經(jīng)與設備電氣隔離。圖6顯示了典型的隔離接地系統(tǒng)。這些信號源通常由電池供電，或者是復雜的設備。隔離的接地系統(tǒng)可提供出色的性能，但需要注意以確保獲得最佳性能。有關更多詳細信息，請參閱TechTip：基本模擬信號連接（第2部分）。
信號源和AI DAQ設備
圖6.信號源和AI DAQ設備共享連接到單端輸入的公共接地