示波器测量中的浮动与差分电压挑战及解决方案

示波器本质上是用于呈现电压（Y 轴）随时间（X 轴）变化关系的测量仪器，其电压测量均在两点间进行。在设计时，多数工程师期望测量点之一能稳定接地，所以示波器探头参考引线会依次连接 BNC 输入外壳、机箱，最终通过电源引线实现接地。

但这种常规设计却给使用者带来难题。实际应用中，许多电压测量的参考点并非接地，像 “浮动电压” 指不以地为直接参考的电压，“差分电压” 则是在两个非接地的点之间进行测量的电压。此外，信号常以差分传输，即两条线路传输相反信号，这种方式有助于接收器有效抑制共模噪声，例如 CAN 总线的差分信号就是 CAN 高电平和 CAN 低电平的差值。开关模式电源、三相电源、电流感应电阻器以及生物信号等场景，都可能涉及浮动或差分信号。若在这类测量中错误接入接地引线，轻则造成信号失真，重则损坏被测器件。

解决浮动测量问题，直接拔掉电源插头接地线的做法不可取，因为这会使机箱和 BNC 输入失去接地保护，增加触电风险。较为安全且常用的方法是伪差分测量，通过两个探头分别测量两点，反转其中一个通道信号，再利用数学运算相减，从而获取差分信号，保障测量安全。不过，此方法存在局限性，需占用两个通道和一个数学通道生成一条迹线，而且探头间的不平衡易导致通道偏斜，降低共模抑制比（CMRR）。

对于追求高精度和高安全性的测量场景，有源差分电压探头是更优选择。它具备真差分测量功能、高 CMRR，每次测量仅需一个示波器通道，能有效解决浮动和差分电压的测量难题，显著提升测量的准确性与安全性。

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