差分信号怎么测量?

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-28 09:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-28 10:18 编辑

1.两个浮地系统(相互独立),分别为源端S和测量端M。

源端S有引出3根线,分别是信号S+,S-和SGND。其中S+,S-是一对差分信号,SGND是源端的信号地。
S+,S-这对差分信号是有共模电压。比如共模电压为1V,S+,S-的各自的Vpp为0.7V。

测量端M也有三个根线,M+,M-和MGND。M+,M-是仪表运放的输入端,MGND是测量端的信号地。


2.S+,S-分别接M+,M-连接,SGND与MGND不连接。
2.1这样测量方法是否正确?(不考虑未屏蔽的问题)
2.2 如果这样测量可以的话,怎么判断输入信号是否超过了仪表运放的共模电压范围?
2.3我们平常使用的手持式万用表,去测量一块锂电池的电压,是否可以等效这种情况?
(万用表的两端为M+,M-,是不是差分输入端,不清楚)

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gx_huang| | 2018-10-28 09:52 | 显示全部楼层
如果信号源或者测量端的电源是和其它电气隔离的,GND不接无所谓的。
测量端的GND和信号源的GND是自动关联的,通过差分线关联的。
为了抗干扰,还是把2个GND连起来比较好。
判断是否超过共模范围,只要测量端测量差分线和GND之间的电压即可。
万用表是隔离的,随便怎么测试都无所谓的。

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-28 10:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-28 10:35 编辑
gx_huang 发表于 2018-10-28 09:52
如果信号源或者测量端的电源是和其它电气隔离的,GND不接无所谓的。
测量端的GND和信号源的GND是自动关联的 ...

补充说明一下:信号源 和测量端是相互隔离的。可以认为是各自独立电池供电的。
我有个疑问,请教一下。两个1.5V的AA电池,如果你在电池间不做任何连接,电池的GND之间的电位差你用万用表测量应该是0V。但是说这个两个之间的点位差是0V,总感觉怪怪的。


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gx_huang| | 2018-10-28 13:02 | 显示全部楼层
eyuge2 发表于 2018-10-28 10:19
补充说明一下:信号源 和测量端是相互隔离的。可以认为是各自独立电池供电的。
我有个疑问,请教一下。两 ...

这很正常,2个电池没有连接,电池的负极之间电压是0,是因为你的万用表有10M的内阻,万用表在测量的瞬间,电位就相等了。

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lihui567| | 2018-10-28 23:02 | 显示全部楼层
可以用示波器的查分探头来测量,这样测量非常准确的

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 09:20 | 显示全部楼层
lihui567 发表于 2018-10-28 23:02
可以用示波器的查分探头来测量,这样测量非常准确的

我的示波器就是常用的单端探头,探头的鳄鱼夹是和220V电源线的PE脚是连通的。

差分探头还没有用过,不是很了解。差分探头就没有接地脚了?

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 09:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-29 09:31 编辑
gx_huang 发表于 2018-10-28 09:52
如果信号源或者测量端的电源是和其它电气隔离的,GND不接无所谓的。
测量端的GND和信号源的GND是自动关联的 ...

这个NI公司一个数据采集设备说明书的截图。
852315bd660bfceeb2.png

这上面说的信号源也是浮地的。NI的文档中要提到“否则,当信号源超出共模输入范围时,测得的输入信号会变化不定”。
按照我们之前说法,两个电池的负极之间的电位差为0,应该是不存在信号源超出共模输入范围的情况。是不是哪里不对?




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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 09:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-29 09:52 编辑
gx_huang 发表于 2018-10-28 13:02
这很正常,2个电池没有连接,电池的负极之间电压是0,是因为你的万用表有10M的内阻,万用表在测量的瞬间 ...
是本来就是0V压差,还是因为万用笔测量才导致0V压差?

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gx_huang| | 2018-10-29 10:33 | 显示全部楼层
eyuge2 发表于 2018-10-29 09:40
是本来就是0V压差,还是因为万用笔测量才导致0V压差?

本来多少压差不知道,二者是隔离的,是无法知道的。
万用表一连,就通过10M电阻连在一起了。

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 11:03 | 显示全部楼层
gx_huang 发表于 2018-10-29 10:33
本来多少压差不知道,二者是隔离的,是无法知道的。
万用表一连,就通过10M电阻连在一起了。 ...

两个隔离系统,如果信号地不连接在一起,是无法确认信号地之间的电位差的。

现在两个隔离系统,只通过差分信号线连接,并且测量设备的输入是仪表运放。
常用的AD621的输入阻抗是10G欧姆。

这种连接方式下,怎么确定信号源与测量设备的信号地之间的压差?如何保证输入信号共模电压没有超过仪表运放的输入电压范围?

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gx_huang| | 2018-10-29 11:25 | 显示全部楼层
eyuge2 发表于 2018-10-29 11:03
两个隔离系统,如果信号地不连接在一起,是无法确认信号地之间的电位差的。

现在两个隔离系统,只通过差 ...

10G欧姆的输入阻抗,不太可能。
差分信号一般几百欧姆的差分输入阻抗。
至于共模的输入阻抗,也肯定不会是很高的阻抗。
阻抗要搞清楚是差模的还是共模的。

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xmar| | 2018-10-29 11:47 | 显示全部楼层
2.1这样测量方法是否正确?(不考虑未屏蔽的问题)
答:正确。
2.2 如果这样测量可以的话,怎么判断输入信号是否超过了仪表运放的共模电压范围?
答:理想情况下共模电压为0. 假设信号输出设备、检测仪表都是电池供电,测量仪表的输入共模电压为0. 相反如果都是市电220VAC供电情况就比较复杂了。
2.3我们平常使用的手持式万用表,去测量一块锂电池的电压,是否可以等效这种情况?
答:是的,等效这种情况。

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 13:36 | 显示全部楼层
gx_huang 发表于 2018-10-29 11:25
10G欧姆的输入阻抗,不太可能。
差分信号一般几百欧姆的差分输入阻抗。
至于共模的输入阻抗,也肯定不会 ...

182975bd69c5955fcd.png

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 14:19 | 显示全部楼层
652075bd69f9be27f8.png
这是一个差分放大电路,可以认为是测量端。(普通运放,非仪表运放)

398245bd6a009179be.png
这是一块电池,是信号源。

电池和测量电路没有连接的时候,可以说电池的负端 与 测量电路的GND电位差 为0V。

现在把电池正极接入到VIN-,负极接入VIN+。请问电池的负极此时相对于测量电路的参考地,电压是多少?应该是-0.5V才合理。
此时电池比对外放电,电流会流经R1,R2,R3,R4,另外测量电路的参考地的线路也充当了电路路径。

现在我们把测量电路改为仪表运放(电阻去掉),请问此时电池负端相对于测量电路参考地的电压是多少?

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gx_huang| | 2018-10-29 14:22 | 显示全部楼层

啊,这个是低频的放大器。
如果是高频的宽带的,差分输入,一般是低阻的,传输线决定了,即使放大器的输入阻抗很高,也得在输入并联负载电阻的。
另外,这个高阻输入,是有条件的,在共模电压范围内。

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gx_huang| | 2018-10-29 14:32 | 显示全部楼层

这个阻抗和你说的隔离阻抗,是二码事情。
差分和共模输入阻抗,当输入信号在共模范围内,就是高阻。
在共模范围外,不是高阻,你看看数据手册的简易等效图,图3,就知道了。
恒流源,没有饱和导通,阻抗很大,在共模范围外,饱和导通了,就是类似短路了。

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 15:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-29 15:53 编辑
gx_huang 发表于 2018-10-29 14:32
这个阻抗和你说的隔离阻抗,是二码事情。
差分和共模输入阻抗,当输入信号在共模范围内,就是高阻。
在共 ...
哈哈,没事,搞清楚就行了。
7楼NI的手册怎么解释,和14楼的电位应该是多少呢?

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zyj9490| | 2018-10-29 16:29 | 显示全部楼层
有共模电压,二个糸统必须共地连结,不然共模电压过高,会损环器件。只要二个浮地糸统,共地是可以的。

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eyuge2|  楼主 | 2018-10-29 17:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 eyuge2 于 2018-10-30 09:02 编辑
zyj9490 发表于 2018-10-29 16:29
有共模电压,二个糸统必须共地连结,不然共模电压过高,会损环器件。只要二个浮地糸统,共地是可以的。 ...

谢谢回复!
我在一楼提到的共模电压,是说信号源端的的差分信号S+和S-,相对于信号源端的信号地或者说参考地存在共模电压。比如共模电压为1V。这是连接到测量端之前的情况。

如果浮地系统只是连接差分信号,接入到测量端之后,相对于测量端的信号地,S+和S-共模电压是多少,我不清楚。 170955bd7ada39e274.png




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zyj9490| | 2018-10-30 09:12 | 显示全部楼层
eyuge2 发表于 2018-10-29 17:17
谢谢回复!
我在一楼提到的共模电压,是说信号源端的的差分信号S+和S-,相对于信号源端的信号地或者说参考 ...

首先要清楚什么叫共模电压,就是以大地为基准的电压,具体表现为浮地糸统的信号端叠加一个对地电压,如何不对外输出,这个共模电压是不会有什么影响,如果对外输出另一个糸统,如果是另一个糸统为接地糸统,绝对会损坏接地糸统的输入回路,高压击,接地糸统必须前端加一级隔电模块,如果是另一个糸统为浮地糸统,有可能损环或不良,有可能无事,如果二个糸统的共模电压是同步的或者二者共模电压相差不大,也不会产生大问题,但共模电压是不确定,随时改变,在工业埸合,电机的ON,OFF,都会产生大的共模电压,且二个糸统感应到的电压不同,有可能产生二个糸统间的共模差压,击穿二个统的输出输入回路,还有可能共模差压过大,改变了输入回路的工作点,或者信差压上叠加共模差压,检不出信号。此种情况有二种解决:1,双方都加光电隔离级,这是最优良,成本也最高,另一种是把二个糸统地共地,建立对大地的低阻通道,让共模电流只能通过地回路流,而不是通过信号链路流。

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