差分输入和单端输入优缺点
在模拟输入应用中,用差分还是单端,是个绕不开的问题。这个选择看似简单,背后却牵涉到输入阻抗、共模抑制、信号摆幅、PCB布局等多个因素。
一、输入模式
差分输入:信号接P和N两根线,ADC采集的是两脚之间的电压差。这是性能最好的模式,因为共模噪声(同时在两根线上出现的噪声)会被抵消。

单端输入:信号接P脚,N脚接地,ADC采集的是P脚对地的电压。优点是省引脚,走线简单。缺点是地线上的噪声会直接耦合进信号。

二、输入阻抗:不是越高越好
很多人觉得输入阻抗越高越好,这样信号源的负载效应小。实际应用时需看信号源类型。
通常可以分这几档,比如5kΩ、10kΩ、40kΩ
麦克风输入:驻极体麦克风需要2-3kΩ的负载,选5kΩ或10kΩ比较合适。
Line in输入:信号源输出阻抗通常几百欧,选10kΩ或40kΩ都可以,但要注意更高阻抗会引入更多热噪声。
长线传输:信号线像天线一样会拾取空间噪声,这时候用低阻抗输入反而有利于抑制噪声。低阻抗对噪声源的负载更重,噪声电压会被拉低。
所以输入阻抗不是越高越好,得看信号源、走线长度、噪声环境。
三、共模容差:容易被忽略的关键参数
差分输入的优势是抑制共模噪声,但这个抑制能力是有限的。共模容差,就是ADC能容忍的最大共模电压变化范围。
通常有三档可选:
低容差模式:通常支持100mVpp左右(差分)或50mVpp左右(单端)。这是性能最好的模式,信噪比最高,失真最小。适用于共模电压稳定的场景,比如同一块PCB上的短距传输、电池供电设备
中容差模式:通常支持1Vpp左右(差分)或500mVpp左右(单端)。可以容忍较大的共模变化,但SNR会下降1-2dB。适用于跨板连接、电源波动较大的场景。
高容差模式(轨到轨):可以容忍共模电压在0V到电源电压之间任意变化,但SNR会大幅下降,通常超过30dB。仅适用于共模电压变化极其剧烈、其他模式无法工作的特殊场景,比如汽车环境中接地电位差较大的情况。

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