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模拟信号连接基础教程下-数据采集知识
嘉兆科技 | 2019-06-14 11:35:30    阅读:83   发布文章

目标

 

      为使用数据采集卡进行模拟信号采集的工程师提供单端/差分信号连接指导,深入探讨信号接地,数据采集系统接地与隔离,共模电压等知识。

 

适用用户

 

      希望了解如何进行模拟信号连接,优化数据采集设备性能的用户。

 

建议接线配置

 

      基于“模拟信号连接基础教程(第一部分)”的概念,以下部分综合和罗列了所有的接地方式及MCC建议的接线方式:

 

      建议的模拟输入接线方式(基于±10 V的共模输入范围的数据采集卡)

 

      模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

 

建议的接地连接:

 

      对于带有模拟输入的MCC数据采集卡,包括数字接地端(GND)和模拟接地端(AGND)最终都被链接到PC上的公共地端。除非有大电流回路连接到了该数据采集卡的接地端口的情形,你都应该将信号的接地端连接到AGND端口。

 

      将大电流回路连接到GND,而将模拟输入地端连接到小电流回路AGND上。通过这种区别接线的方式可以避免接地回路上的大电流对模拟输入通道造成影响,从而避免电压采集错误。这是由于GND和AGND是通过不同的通路连接到PC的公共地的,GND上的电流对于AGND上的信号几乎没有影响。保证了通过AGND接地的模拟输入信号的采样精度也不会受到影响。

 

共地/单端输入

 

      MCC建议使用单端连接的方式来连接共地的系统。但如果系统中只有部分的输入通道与系统共地,我们还是建议使用差分模式来连接所有的输入通道。图1演示了共地/单端系统的连接:

 

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

 

      图1 信号源与数据采集系统共地,并通过单端方式连接

 

共地/差分输入

 

      同样可以使用差分输入的方式来连接共地系统,当然,这种连接方式需要连接更多的信号线并且将输入通道数量减半。

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图2 信号源与数据采集系统共地,并通过差分方式连接

 

共模电压 < ±10 V/单端输入

 

      对于存在共模电压的情况,单端输入是没有意义的,这是因为存在共模电压的单独输入意味着系统存在一个“偏移”的地,MCC不建议使用这种方式进行信号连接。当然,如果你希望通过单端输入来增加输入通道数量,并且共模电压非常的小。这种连接对系统来说也不会造成损害。根据项目的精度要求,这种连接方式可能也能被接受。

 

共模电压 < ±10 V/差分输入

 

      MCC建议对于存在变化的共模电压的系统,使用差分连接的方式进行数据采集。但必须确保共模电压的范围——输入信号与地电势之和——不超过数据采集卡的共模电压范围(通常是±10 V)

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图3 信号源与数据采集系统存在共模电压,并通过差分方式连接

 

      绝大多数的MCC数据采集设备不能直接链接带有共模电压大于±10 V输入信号。但你可以通过改变系统接地方式,降低共模电压的范围,或通过在信号源与采集系统之间增加隔离来消除这个限制。

 

共模电压 > ±10 V/单端输入

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图4信号源与数据采集系统存在大于±10V的共模电压,并通过单端方式连接。

 

      当信号源与数据采集卡之间的共模电压超过规定范围,必须要对系统进行隔离。

 

共模电压 > ±10 V/差分输入

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图5信号源与数据采集系统存在大于±10V的共模电压,并通过差分方式连接。

 

      当信号源与数据采集卡之间的共模电压超过规定范围,必须要对系统进行隔离。建议使用一个10KΩ连接CH Low和AGND。

 

接地隔离/单独输入

 

      对于隔离信号,可以使用单端输入方式连接,当然若使用差分输入可以提供更好的抗干扰能力。

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图6 隔离信号源的单端输入连接

 

接地信号/差分连接

 

      对于隔离信号源,使用差分连接可以获得最好的信号质量。MCC建议使用这种方式进行信号连接。

 

建议使用一个10KΩ连接CH Low和AGND。

模拟信号连接基础教程下-数据采集知识

图7 隔离信号源的差分输入连接

 

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