單端信號轉差分模塊在華楷汽車的使用案例

近期，我公司自主研發生產的單端信號轉差分模塊在湖北華楷汽車零部件有限公司已投入使用，為該公司的單端信號轉成了差分信號，解決了信號難以長距離傳輸的問題。

一、差分信號與單端信號

1、基本區別，單端信號指的是用線纜傳輸的某種信號，一根線纜沒參考點怎么會有信號呢？參考點就是地啊，就是我們通常講的大地。單端信號是一種在一跟傳輸線纜上傳輸的與地之間的電平差，那么把信號從A點傳遞到B點的時候，理論上講A點和B點的地電勢應該差不多是一樣的，差分信號指的是用兩根線傳輸的信號，其中的某根線為地線，傳輸的是兩根信號之間的電平差。當從A點傳遞到B點的時候，A點和B點的地電勢可以一樣也可以不一樣，但是A點和B點的地電勢差有一個范圍，超過這個誤差范圍信號就會有問題。

2、傳輸上的差別，單端信號的優點是省錢！方便！操作簡單！絕大多數的低頻電平信號都是使用單端信號進行傳輸的。一個信號一根線的連接方法，最后把兩邊的地用一根線一合并就可以了。缺點在不同應用領域暴露的不一樣歸結起來，最核心的就是，抗干擾能力差。目前存在的最大問題，大家都認為地是0V，實際上，現實生活中地是個神奇的東西，用來連接兩個系統之間的地那么如果這根線上的電流很大時，兩點間的地電勢不可被忽略了，如果被忽視，可能要出大問題，這樣一個信號從A的角度看起來是1V，從B的角度看起來可能只有0.8V了，可能就達不到某種想要的標準信號，這就是地電勢差對單端信號的影響，但是由于電流的不穩定也會造成一定的影響及干擾，布局結構會產生一定的電壓波動，這個勢必也會影響到單端信號的質量。差分信號在這點就能好點，由于兩個信號都是相對于地的當地電勢發生變化時，兩個信號同時變化時，差分兩根線之間的電壓差卻很少發生變化?？墒悄愀淖?， 如果是單端信號，產生多少，就是多少，這就是噪聲毫無辦法。

3、在模擬信號傳輸中很多人愿意使用差分信號比如橋式應變片式力傳感器，其輸出信號滿量程時有的也只有2mv如果使用單端信號傳輸，那么這個信號只要電源的紋波就能把他吃光。所以實際上，都是用儀表運方進行放大后，再進行處理。使用差分信號時，一定要注意一個問題，共模電壓范圍。也就是說，這兩根線上的電壓，相對于系統的地，還是不能太大。你傳輸0.1V的信號沒問題，但是如果一根是 1000.0 另外一根是 1000.1，問題在于，在很多場合下使用差分信號都是為了不讓兩個系統的地簡單的共在一起更不能把差分信號中的一根直接接在本地系統的地上，那不白費盡嗎--又成單端了那么如何抑制共模電壓呢？其實也挺簡單的，將兩根線都通過一個足夠大的電阻，連接到系統的地上。

二、產品簡介

產品功能

1) 1組5V-30v差分編碼脈沖A+,A-,B+.B-, C+,C-,D+.D-,輸入；　　

2) 1組5V-30v NPN編碼脈沖信號A+ ,B+. C+, D+輸出。

產品特點

a) 功耗小，可靠性高；

b) 可長期連續穩定工作；

c) 具有抖動小、隔離度高。

典型應用

1) 電機同步控制；

2) 印刷、印染等編碼器信號分多路的場合；

增量式編碼器分配或測量系統。

三、使用中的優缺點

優點

1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上，而其差值為0，即，噪聲對信號的邏輯意義不產生影響。

2、能有效抑制電磁干擾（EMI）。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等，同時他們的信號極性相反，其電磁場將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。

3、時序定位準確。差分信號的接受端是兩根線上的信號幅值之差發生正負跳變的點，作為判斷邏輯0/1跳變的點的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

缺點

若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線，地線走地平面，而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

差分信號有個優勢就是在一個地做基準，單端信號里，測量信號的精確值依賴系統共地性。信號源和信號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信號恢復的信號值在很大程度上與'地'的精確值無關，而在某一范圍內。

差分信號的第二個主要好處是，它對外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個干擾源幾乎相同程度地影響差分信號對的每一端。既然電壓差異決定信號值，這樣將忽視在兩個導體上出現的任何同樣干擾。除了對干擾不大靈敏外，差分信號比單端信號生成的 EMI 還要少。

差分信號提供的第三個好處是，在一個單電源系統，能夠從容精確地處理'雙極'信號。為了處理單端，單電源系統的雙極信號，我們必須在地和電源干線之間某任意電壓處（通常是中點）建立一個虛地。用高于虛地的電壓來表示正極信號，低于虛地的電壓來表示負極信號。接下來，必須把虛地正確地分布到整個系統里。

四、結束語

單端信號轉差分模塊能克服工控系統復雜的現場環境下的強干擾，排除強電場、強磁場等電氣干擾。雙高速差模信號轉換器能有效保護較為敏感的電路，并且具有脈沖整形功能，有效地提高了系統之間的抗干擾性能，為工業自動化控制系統中提供一個安全接口。