怎样正确使用单端测量和差分测量？

首先要讨论这个问题：怎样消除不必要的共模噪声信号?

我们先来看下面的电路，它包括一个信号源(紫色)，交流和直流分量产生总输出Vsig，这是我们希望测量的信号。 此外，该电路还包含一个不需要的电压源(绿色)，其中还有AC和DC分量加到Vcm。 Vcm表示共模电压，这意味着同时添加到两个测量端子的信号。

如下图所示，使用单端探头查看输出和接地端子将导致显示屏上的波形失真(Vsum)。 我们不能通过将探头接地连接到Vsig的负端子来解决这个问题，因为这会通过示波器将Vcm短路到地，并可能导致损坏的电流流动。 我们需要一个可以安全检测Vsig并忽略Vcm的探针。

解决方案：使用一个有源差分探头

如下所示，解决方案是将差分探头连接到信号源的正极和负极。 探头不测量共模电压Vcm，只测量信号Vsig，因此Vsig是您在示波器显示屏上看到的。

差分探头可以测量连接到正极和负极引线的两点之间的交流或直流电压，这两点都不接地。 这使得探针能够进行测量，其中单端探针不能，例如在远高于地电势的电压，并且所得到的测量专注于探针之间的电势差。

差分探头必须始终在其电压限制内工作(这些在下面的输入范围下解释)。

使用探头进行单端测量

一个经常被忽视的事实是，与无源单端探头相比，主动差分探头优于单端测量。 共模电压和低电容的抑制导致实际测量优点，例如较低的噪声和较低的电路负载。 要进行单端测量，正输入引线与信号正常连接，负输入引线连接到地。

带宽

引用的带宽告诉您仪器或探头可以精确测量的信号的最大上升时间。 换句话说，25 MHz示波器或探头将允许低于25 MHz的频率，并拒绝所有上述频率。 它将显示一个25 MHz的正弦波，但振幅误差高达3 dB。 如果您的信号是25 MHz方波，上升时间要快得多，您需要更高的带宽才能正确测量或显示波形。 选择正确带宽的乘积的常见经验法则是：

频率(Hz)=0.35/上升时间(s) 还必须考虑示波器和探头的组合上升时间。具有单独上升时间 1和 2的两个器件的组合上升时间is由下式给出：

这相当于组合示波器和探头的带宽。 使用上述两个公式来找出两个器件的组合带宽。

高压测量通常包含具有非常快的上升时间的快速脉冲(瞬变)。 为了精确测量或显示这些信号，探头和示波器的组合带宽必须比基频高几倍。

我们的有源差分探头和示波器的带宽范围为25 MHz至800 MHz。 不是所有的高压仪器，因此请仔细检查规格。

输入范围

在有源差分探头规范中有三个主要范围：差分模式范围，共模范围和绝对最大范围。前两个参考最大可测量电压电平，这取决于应用。第三个是可以施加的最大恒定无损电压，不包括探头可以承受的任何瞬态过电压。

共模抑制比

确定探头在直流电压下具有足够的共模范围，还必须确保任何共模噪声或信号不会进入测量。共模噪声可能由耦合到输入引线中的电磁干扰以及被测器件(DUT)相对于示波器接地的噪声和浪涌引起。连接示波器和DUT的接地有助于最小化这些噪声电压。

共模抑制比(CMRR)是探头输出上的电压扰动相对于输入上的共模电压的度量。 CMRR越高，探针与共模干扰隔离得越好。例如，您可能知道在DUT的地面上有1伏的噪声。探头的规范说CMRR是100：1。结果是在输出端可以看到相对于输入高达10 mV的共模噪声。 CMRR趋向于在DC处最高，然后随着共模信号的频率增加而下降。

电压降额

探头输入的指定绝对最大电压仅在直流和低交流频率下有效。 在一定频率以上，额定电压开始下降。 称为“降额”的这种效应通常以电压对频率的曲线图的形式指定。

在上述示例中，低频下任一输入上的绝对最大电压为1000 V RMS。 在约3.3MHz时，电压开始下降，直到在约25MHz时，其仅为150V RMS。 在实践中，这很少是限制，因为很少一起找到高频和高电压 - 这样的信号比它们测量更具挑战性。

在高频下使用探头时，请务必考虑电压降额，因为超过降额电压可能会损坏探头。

输入电阻

在其差分输入之间测量探头的输入电阻。当将探头连接到DUT时，可有效地将每个测试点通过一个高阻值电阻和一个小电容连接到地，从而在两个输入通过地之间建立一个路径。这将导致一些差分电流在两个输入之间流动以及从每个输入流到地。然而，这些电流很小，它们可能会干扰被测电路，因此必须考虑这是否会显着影响测量的精度。测量高阻抗电路时的效果更差。

以上正确使用单端测量和差分测量由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于示波器测试附件配件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、电源纹波探头、柔性电流探头、近场探头、逻辑探头、功率探头和光探头等。旨在为用户提供高品质的探头附件，打造探头附件国产化知名品牌。更多信息，欢迎登录普科科技网站进行咨询

审核编辑黄宇