适用范围
本应用手册中的内容适用于PCM系列数据采集板卡中PCM-8208BT、PCM-8208BS隔离模拟量输入板卡。
对于非隔离的板卡PCM-8308BS也可以参考其接线方式应用于现场。
1.PCM-8208BT、PCM-8208BS数据采集板卡主要参数
PCM系列数据采集板卡为支持PC/104总线接口的数据采集板卡。
PCM-8208BT数据采集板卡的主要参数如下：
●  隔离模拟量输入　　
●  16路单端或者8路差分隔离输入（可配置）　　　
●  输入端口隔离电压：1000VDC　　
●  输入电压范围：±0.625V、±1.25V、±2.5V、±5V、±10V 　
●  ADC分辨率：12bit　　
●  最大48K转换速率
●  板载的I/O保护和过滤
PCM-8208BS数据采集板卡的主要参数如下：
●  隔离模拟量输入　　
●  16路单端或者8路差分隔离输入(可配置)　　　
●  输入端口隔离电压：1000VDC　　
●  输入电压范围：±0.625V、±1.25V、±2.5V、±5V、±10V 　
●  ADC分辨率：16bit　　
●  最大48K转换速率
●  板载的I/O保护和过滤
2. 接线端子板ZUDB-3100A
PCM系列数据采集板卡可以配合接线端子板ZUDB-3100A使用，方便用户的现场接线和安装，数据采集板卡与ZUDB-3100A端子板组合能够快速、方便的组建工业数据采集系统。
对于模拟量输入板卡，ZUDB-3100A提供前端功能电路，通过选焊部分电阻电容，可以实现模拟单端/差分信号滤波，分压，4~20mA电流环转换成电压等功能。
本应用手册中介绍的接线方法配合接线端子板ZUDB-3100A使用会更加便利。
模拟量输入接线方式介绍
PCM系列数据采集板卡提供两种类型的模拟量输入的接线方式：单端连接方式和差分连接方式。
1. 单端连接方式
单端连接方式对每个通道来说只有一根信号线，以及一根共同的地线构成回路。被测的输入信号电压以板卡的模拟地AIGND为参考地。如图 1所示。信号源的正端连接到输入通道AI0～AI15，信号源的负端连接到板卡的AIGND上。

图 1  单端输入接线方式
2. 差分连接方式
差分连接方式的每个通道可以连接两根信号线，来测量这两根信号线之间的电压差，如图 2所示。

 
图 2  差分输入连接方式
差分连接方式的优点通过差分放大器共模抑制的功能，消除共同包含在两个输入信号中的共模成分VCM，提取两个输入信号的差值VS，从而区别信号和噪声。
如果输入信号的一端与信号源本身的参考地相连接，那么输入的这个信号为对地参考的信号。由于输入信号的参考地和板卡的模拟地不一定是相同的电位，因此在这两个地之间就会形成共模电势差。为了避免由于共模电势差引起的地环路噪声对测量的影响，可以连接输入信号的参考地端到差分输入同到的负输入端。如果浮地信号被连接到差分输入通道，则信号源可能会超过PGA的共模电压范围，此时PGA将会饱和并导致错误的测量结果，因此在连接浮地信号时，必须以板卡AIGND作为信号源的参考地。
(1) 差分输入接线方式：双端电阻接地
图 3所示为浮地信号如何连接到差分输入通道。信号的每一端均通过一个电阻到AIGND，这种连接可以消除信号源与板卡地之间的共模信号，且不用考虑输入信号的极性，但是这种接线方式的缺点是由于差分输入两端均对地连接电阻，会导致信号源的压降。

图 3  浮地信号的差分输入接线方式：双端电阻接地
举例说明，如果信号源的输出阻抗rs是1K，每个接地电阻ra、rb是100K，那么电阻负载(ra+rb)对于信号源来说是200K，会导致-0.5%的误差。图4给出了电路框图。

图 4 浮地信号的差分输入增益误差计算框图
 板卡的输入信号幅值和增益误差计算过程如下所示：

(2) 差分输入接线方式：单端电阻接地
为避免接地电阻对输入信号带来的增益误差，可以采用单端接地的方式。输入信号源的负端通过一个电阻与板卡的模拟地AIGND短接，消除输入信号的共模信号的影响，此外由于信号源通过一个电阻到地，不存在分压网络，消除了增益误差。如图 5所示。

 

图 5  浮地信号的差分输入接线方式：单端电阻接地
 这种连接方式的缺点是：必须保证信号源与差分输入的极性连接正确，差分输入通道的负端必须与信号源的负端进行连接，差分输入通道正端与信号源正端进行连接。
对于不同的信号源，在采用单端电阻接地差分输入的情况下，如果信号输出的正负端和差分输入通道的正负端接反，会导致输入信号测量数据产生较大的误差。
(3) 保证可靠的差分输入方式接线
差分输入方式在现场应用时需要考虑：输入信号引起的共模电压VCM是否超过板卡允许的共模电压范围；另外，现场接线时如果由于外界干扰引起的输入噪声电压的范围，或者信号源和板卡的地电位差的范围是否超过板卡允许的共模电压范围。当输入信号引入的共模电压信号范围超过了板卡允许的共模电压范围时，那么肯定影响最终测量的精度和结果，例如测量数据不正确或者测量数据不稳定，在一定范围内抖动。
① 差分输入方式接线注意事项及接线方法
数据采集板卡在采用差分输入方式时，可以参考图 3、图 5所示的接线方式，避免输入共模电压对测量造成的影响。但是当输入共模信号中的存在交流分量，其高频分量会对共模信号的抑制带来很不利的影响，导致差分输入时共模抑制比降低，也会影响最终测量的精度和结果，单纯的靠接地电阻不能够完全避免共模信号的影响。
因此在差分输入的实际应用中，我们建议将输入信号源的负端通过一个电阻与电容组成的阻容网络与板卡的模拟地AIGND进行连接，电阻大小一般选择100kΩ，电容大小选择100nF(104)，如图 6所示：
● 通过RC网络用于消除大共模信号的影响，并对输入共模信号进行高频抑制，避免高频共模信号耦合导致共模抑制比降低影响输入信号测量。
● 采用单端电阻接地的方式，避免双端连接时引入的增益误差。
● 采用单端电阻接地的方式，必须注意信号源与板卡输入端连接的极性：差分输入通道的负端必须与信号源的负端进行连接，差分输入通道正端与信号源正端进行连接。

图 6  差分输入方式实际的接线方法
② 隔离型和非隔离型模拟量输入板卡差分输入应用的区别
在实际使用差分输入连接方式时，由于板卡的电气结构上存在区别，隔离型模拟量输入板卡和非隔离型输入板卡有一定的差异。

出处：《嵌入式对话》第九期 


详细信息：http://www.embedcontrol.com/products/Data_Gather/Index.asp

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