怎樣正確使用單端測量和差分測量？

首先要討論這個問題：怎樣消除不必要的共模噪聲信號?

我們先來看下面的電路，它包括一個信號源(紫色)，交流和直流分量產(chǎn)生總輸出Vsig，這是我們希望測量的信號。 此外，該電路還包含一個不需要的電壓源(綠色)，其中還有AC和DC分量加到Vcm。 Vcm表示共模電壓，這意味著同時添加到兩個測量端子的信號。

如下圖所示，使用單端探頭查看輸出和接地端子將導致顯示屏上的波形失真(Vsum)。 我們不能通過將探頭接地連接到Vsig的負端子來解決這個問題，因為這會通過示波器將Vcm短路到地，并可能導致?lián)p壞的電流流動。 我們需要一個可以安全檢測Vsig并忽略Vcm的探針。

解決方案：使用一個有源差分探頭

如下所示，解決方案是將差分探頭連接到信號源的正極和負極。 探頭不測量共模電壓Vcm，只測量信號Vsig，因此Vsig是您在示波器顯示屏上看到的。

差分探頭可以測量連接到正極和負極引線的兩點之間的交流或直流電壓，這兩點都不接地。 這使得探針能夠進行測量，其中單端探針不能，例如在遠高于地電勢的電壓，并且所得到的測量專注于探針之間的電勢差。

差分探頭必須始終在其電壓限制內(nèi)工作(這些在下面的輸入范圍下解釋)。

使用探頭進行單端測量

一個經(jīng)常被忽視的事實是，與無源單端探頭相比，主動差分探頭優(yōu)于單端測量。 共模電壓和低電容的抑制導致實際測量優(yōu)點，例如較低的噪聲和較低的電路負載。 要進行單端測量，正輸入引線與信號正常連接，負輸入引線連接到地。

帶寬

引用的帶寬告訴您儀器或探頭可以精確測量的信號的最大上升時間。 換句話說，25 MHz示波器或探頭將允許低于25 MHz的頻率，并拒絕所有上述頻率。 它將顯示一個25 MHz的正弦波，但振幅誤差高達3 dB。 如果您的信號是25 MHz方波，上升時間要快得多，您需要更高的帶寬才能正確測量或顯示波形。 選擇正確帶寬的乘積的常見經(jīng)驗法則是：

頻率(Hz)=0.35/上升時間(s) 還必須考慮示波器和探頭的組合上升時間。具有單獨上升時間 1和 2的兩個器件的組合上升時間is由下式給出：

這相當于組合示波器和探頭的帶寬。 使用上述兩個公式來找出兩個器件的組合帶寬。

高壓測量通常包含具有非?？斓纳仙龝r間的快速脈沖(瞬變)。 為了精確測量或顯示這些信號，探頭和示波器的組合帶寬必須比基頻高幾倍。

我們的有源差分探頭和示波器的帶寬范圍為25 MHz至800 MHz。 不是所有的高壓儀器，因此請仔細檢查規(guī)格。

輸入范圍

在有源差分探頭規(guī)范中有三個主要范圍：差分模式范圍，共模范圍和絕對最大范圍。前兩個參考最大可測量電壓電平，這取決于應用。第三個是可以施加的最大恒定無損電壓，不包括探頭可以承受的任何瞬態(tài)過電壓。

共模抑制比

確定探頭在直流電壓下具有足夠的共模范圍，還必須確保任何共模噪聲或信號不會進入測量。共模噪聲可能由耦合到輸入引線中的電磁干擾以及被測器件(DUT)相對于示波器接地的噪聲和浪涌引起。連接示波器和DUT的接地有助于最小化這些噪聲電壓。

共模抑制比(CMRR)是探頭輸出上的電壓擾動相對于輸入上的共模電壓的度量。 CMRR越高，探針與共模干擾隔離得越好。例如，您可能知道在DUT的地面上有1伏的噪聲。探頭的規(guī)范說CMRR是100：1。結(jié)果是在輸出端可以看到相對于輸入高達10 mV的共模噪聲。 CMRR趨向于在DC處最高，然后隨著共模信號的頻率增加而下降。

電壓降額

探頭輸入的指定絕對最大電壓僅在直流和低交流頻率下有效。 在一定頻率以上，額定電壓開始下降。 稱為“降額”的這種效應通常以電壓對頻率的曲線圖的形式指定。

在上述示例中，低頻下任一輸入上的絕對最大電壓為1000 V RMS。 在約3.3MHz時，電壓開始下降，直到在約25MHz時，其僅為150V RMS。 在實踐中，這很少是限制，因為很少一起找到高頻和高電壓 - 這樣的信號比它們測量更具挑戰(zhàn)性。

在高頻下使用探頭時，請務必考慮電壓降額，因為超過降額電壓可能會損壞探頭。

輸入電阻

在其差分輸入之間測量探頭的輸入電阻。當將探頭連接到DUT時，可有效地將每個測試點通過一個高阻值電阻和一個小電容連接到地，從而在兩個輸入通過地之間建立一個路徑。這將導致一些差分電流在兩個輸入之間流動以及從每個輸入流到地。然而，這些電流很小，它們可能會干擾被測電路，因此必須考慮這是否會顯著影響測量的精度。測量高阻抗電路時的效果更差。

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審核編輯黃宇