模拟量单端输入（Single-Ended Input）的特点
2025-04-01 16:50:38
钡铼技术
单端输入（Single-Ended Input）的特点
单端输入（Single-Ended Input）是模拟信号测量的一种常见方式，其核心特点是以公共地（GND）为参考点，仅使用单根信号线传输电压信号。以下是其主要特点及适用场景：
1. 单端输入的核心特点
（1）信号参考公共地
测量信号以系统的GND（地）为基准，仅需一根信号线（如
AIN+），另一侧接GND。示例：
若测量
AIN+对GND的电压为2.5V，则实际信号值即为2.5V。
（2）电路结构简单
无需差分信号对（如
AIN+和AIN-），减少布线复杂度。适用于低通道数、低成本的系统（如简单传感器接口）。
（3）易受共模噪声干扰
由于依赖公共地，长距离传输时，地线噪声（如电机、变频器引入的干扰）会直接影响信号精度。
典型问题：
地电位漂移（Ground Shift）导致测量误差。
高频噪声（如50Hz工频干扰）叠加在信号上。
（4）信号范围受限
通常用于低压信号（如
0-5V、0-10V），不适合微小信号（如热电偶的μV级输出）。高精度场景需配合放大器或滤波电路。
2. 单端输入 vs. 差分输入
| 特性 | 单端输入 | 差分输入 |
|---|---|---|
| 信号线数量 | 1根（信号+公共地） | 2根（AIN+和AIN-） |
| 抗干扰能力 | 弱（依赖共地） | 强（抑制共模噪声） |
| 适用场景 | 短距离、低噪声环境 | 长距离、高噪声环境（工业现场） |
| 成本 | 低（节省布线） | 较高（需隔离/放大电路） |
3. 单端输入的典型应用
板载传感器
温度传感器（如NTC分压电路）、电位器、光敏电阻等。
低速数据采集
电池电压监测、按键电平检测等对精度要求不高的场景。
消费电子产品
如Arduino、树莓派的ADC接口（多数为单端输入）。
4. 单端输入的局限性及解决方案
（1）问题：地环路干扰
现象：不同设备间地电位不一致，导致测量误差。
解决：
使用隔离放大器（如ADuM3190）断开地环路。
缩短信号传输距离，或改用差分输入。
（2）问题：小信号易受噪声影响
现象：μV/mV级信号被噪声淹没。
解决：
增加低噪声放大器（如LTC6910）。
采用屏蔽线并良好接地。
5. 何时选择单端输入？
适用场景：
信号幅度较大（如>100mV）。
传输距离短（<1米）。
系统共地良好（无显著地电位差）。
不适用场景：
工业现场（长距离、高噪声）。
高频或精密测量（如医疗EEG、应变片）。
总结
单端输入的优势是简单、低成本，适合短距离低噪声应用；
劣势是抗干扰能力差，依赖共地。在复杂环境中，优先选择差分输入或隔离方案。
