单端信号转差分模块在华楷汽车的使用案例

近期，我公司自主研发生产的单端信号转差分模块在湖北华楷汽车零部件有限公司已投入使用，为该公司的单端信号转成了差分信号，解决了信号难以长距离传输的问题。

一、差分信号与单端信号

1、基本区别，单端信号指的是用线缆传输的某种信号，一根线缆没参考点怎么会有信号呢？参考点就是地啊，就是我们通常讲的大地。单端信号是一种在一跟传输线缆上传输的与地之间的电平差，那么把信号从A点传递到B点的时候，理论上讲A点和B点的地电势应该差不多是一样的，差分信号指的是用两根线传输的信号，其中的某根线为地线，传输的是两根信号之间的电平差。当从A点传递到B点的时候，A点和B点的地电势可以一样也可以不一样，但是A点和B点的地电势差有一个范围，超过这个误差范围信号就会有问题。

2、传输上的差别，单端信号的优点是省钱！方便！操作简单！绝大多数的低频电平信号都是使用单端信号进行传输的。一个信号一根线的连接方法，最后把两边的地用一根线一合并就可以了。缺点在不同应用领域暴露的不一样归结起来，最核心的就是，抗干扰能力差。目前存在的最大问题，大家都认为地是0V，实际上，现实生活中地是个神奇的东西，用来连接两个系统之间的地那么如果这根线上的电流很大时，两点间的地电势不可被忽略了，如果被忽视，可能要出大问题，这样一个信号从A的角度看起来是1V，从B的角度看起来可能只有0.8V了，可能就达不到某种想要的标准信号，这就是地电势差对单端信号的影响，但是由于电流的不稳定也会造成一定的影响及干扰，布局结构会产生一定的电压波动，这个势必也会影响到单端信号的质量。差分信号在这点就能好点，由于两个信号都是相对于地的当地电势发生变化时，两个信号同时变化时，差分两根线之间的电压差却很少发生变化。可是你改变， 如果是单端信号，产生多少，就是多少，这就是噪声毫无办法。

3、在模拟信号传输中很多人愿意使用差分信号比如桥式应变片式力传感器，其输出信号满量程时有的也只有2mv如果使用单端信号传输，那么这个信号只要电源的纹波就能把他吃光。所以实际上，都是用仪表运方进行放大后，再进行处理。使用差分信号时，一定要注意一个问题，共模电压范围。也就是说，这两根线上的电压，相对于系统的地，还是不能太大。你传输0.1V的信号没问题，但是如果一根是 1000.0 另外一根是 1000.1，问题在于，在很多场合下使用差分信号都是为了不让两个系统的地简单的共在一起更不能把差分信号中的一根直接接在本地系统的地上，那不白费尽吗--又成单端了那么如何抑制共模电压呢？其实也挺简单的，将两根线都通过一个足够大的电阻，连接到系统的地上。

二、产品简介

产品功能

1) 1组5V-30v差分编码脉冲A+,A-,B+.B-, C+,C-,D+.D-,输入；　　

2) 1组5V-30v NPN编码脉冲信号A+ ,B+. C+, D+输出。

产品特点

a) 功耗小，可靠性高；

b) 可长期连续稳定工作；

c) 具有抖动小、隔离度高。

典型应用

1) 电机同步控制；

2) 印刷、印染等编码器信号分多路的场合；

增量式编码器分配或测量系统。

三、使用中的优缺点

优点

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

2、能有效抑制电磁干扰（EMI）。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。

3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

缺点

若电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿过一根走线的情况下。

差分信号有个优势就是在一个地做基准，单端信号里，测量信号的精确值依赖系统共地性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。

差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。

差分信号提供的第三个好处是，在一个单电源系统，能够从容精确地处理'双极'信号。为了处理单端，单电源系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是中点）建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号，低于虚地的电压来表示负极信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。

四、结束语

单端信号转差分模块能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，排除强电场、强磁场等电气干扰。双高速差模信号转换器能有效保护较为敏感的电路，并且具有脉冲整形功能，有效地提高了系统之间的抗干扰性能，为工业自动化控制系统中提供一个安全接口。