模拟量单端输入与差分输入的区别
2025-04-01 16:57:01
钡铼技术
模拟量单端输入与差分输入的区别
1. 信号传输方式
| 特性 | 单端输入 | 差分输入 |
|---|---|---|
| 信号线数量 | 1根信号线 + 公共地 | 2根信号线（AIN+和AIN-） |
| 参考基准 | 以系统GND为参考 | 以信号线间电压差为参考 |
| 典型电路 | 信号→ADC→GND | 信号+→ADC+，信号-→ADC- |
2. 抗干扰能力
| 特性 | 单端输入 | 差分输入 |
|---|---|---|
| 共模噪声抑制 | 无抑制能力 | 可抑制共模噪声（CMRR>60dB） |
| 地环路影响 | 受地电位差严重影响 | 可容忍±10V地电位差 |
| EMI敏感性 | 高（需屏蔽线） | 低（双绞线即可） |
3. 信号质量
| 特性 | 单端输入 | 差分输入 |
|---|---|---|
| 有效信号幅度 | 实际信号电压值 | 信号线间电压差 |
| 小信号测量 | 不适合（<10mV易受干扰） | 适合（可测μV级信号） |
| 长距离传输 | ≤10米（信号衰减严重） | ≥100米（保持精度） |
4. 系统设计复杂度
| 特性 | 单端输入 | 差分输入 |
|---|---|---|
| 电路复杂度 | 简单（省1根线） | 较复杂（需差分放大器） |
| ADC要求 | 普通单端ADC | 真差分输入ADC |
| 成本 | 低（节省30%布线成本） | 高（器件成本增加50%+） |
5. 典型应用场景
| 场景 | 单端输入适用案例 | 差分输入适用案例 |
|---|---|---|
| 工业控制 | 机柜内传感器（温度/湿度） | 远程电机电流监测 |
| 消费电子 | 手机电池电压检测 | 专业音频设备XLR输入 |
| 医疗设备 | 非关键参数监测 | ECG/EEG生物电信号采集 |
| 测试测量 | 低速数据采集（<1kHz） | 振动/应变精密测量 |
6. 故障诊断对比
| 问题类型 | 单端输入表现 | 差分输入表现 |
|---|---|---|
| 地线断裂 | 信号完全失效 | 仍可工作（检测差值） |
| 电磁干扰 | 信号波动明显 | 保持稳定（噪声被抵消） |
| 电源噪声 | 直接叠加到信号 | 被共模抑制 |
7. 选型决策建议
graph TD
A[信号传输距离>10m?] -->|是| B[必须选差分]
A -->|否| C{信号幅度<10mV?}
C -->|是| B
C -->|否| D{环境电磁干扰强?}
D -->|是| B
D -->|否| E[单端更经济]总结
优先选择差分输入当：
传输距离＞10米
信号＜10mV
工业/医疗等强干扰环境
可选用单端输入当：
短距离（＜1米）板内信号
成本敏感型消费电子产品
信号幅度＞100mV的简单应用
关键差异本质：
单端是"信号vs地"的绝对测量
差分是"信号vs信号"的相对测量
注：现代高精度系统（如24位ADC采集）即使用单端物理接口，内部也采用差分转换技术来提升性能。
