如何最大限度地降低差分測(cè)量誤差？

今天我們來詳細(xì)講下如何最大限度地降低差分測(cè)量誤差

首先，我們要清楚，把差分放大器或探頭連接到信號(hào)源上一般是最大的誤差來源。為保持輸入匹配，兩條通路應(yīng)盡可能完全相同。對(duì)兩個(gè)輸入，任何線纜的長(zhǎng)度都應(yīng)該相同。

如果對(duì)每條信號(hào)線使用單獨(dú)的探頭，那么它們應(yīng)該采用相同的型號(hào)和電纜長(zhǎng)度。在使用大的共模電壓測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)，要避免使用衰減探頭。在高增益上，之所以不能使用衰減探頭，因?yàn)椴豢赡芫_地平衡其衰減。在高壓或高頻應(yīng)用需要衰減時(shí)，應(yīng)使用為差分應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的專用無源探頭。這些探頭擁有相應(yīng)的功能，可以精確地調(diào)整 DC 衰減和 AC 補(bǔ)償。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，應(yīng)把一套探頭專用于每個(gè)特定的放大器，并使用探頭自帶的程序校準(zhǔn)該放大器。

單獨(dú)的輸入線纜會(huì)成為變壓器線圈。穿過環(huán)路的任何AC 磁場(chǎng)會(huì)對(duì)放大器輸入表現(xiàn)為差分，完整地加總到輸出中!為最大限度地降低這種影響，常用方法是把+ 和 - 輸入電纜絞合在一個(gè)線對(duì)中。這降低了線路頻率和其它噪聲撿拾。通過把輸入導(dǎo)線絞合在一起，如圖1 所示，任何感應(yīng)的電壓一般都會(huì)位于 VCM 通路中，并通過差分放大器進(jìn)行抑制。

圖1. 把兩條輸入線絞合在一起，環(huán)路面積非常小，從而可以降低通過環(huán)路的場(chǎng)。任何感應(yīng)的電壓一般都位于通過差分放大器抑制的 VCM 通路內(nèi)。

通過把兩條輸入導(dǎo)線編碼到一個(gè)鐵素體芯上，可以改進(jìn)容易受到過高共模信號(hào)影響的高頻測(cè)量。這衰減了兩個(gè)輸入共用的高頻信號(hào)。由于差分信號(hào)以兩個(gè)方向穿過磁芯，因此其不受任何影響。

大多數(shù)差分放大器的輸入連接器是外殼接地的 BNC連接器。在使用探頭或同軸電纜輸入連接時(shí)，一直有一個(gè)怎樣處理接地的問題。由于測(cè)量應(yīng)用不同，因此并沒有一成不變的硬性規(guī)定。

在測(cè)量低頻率的低電平信號(hào)時(shí)，最好只在放大器一端連接接地，而在輸入端都不要連接。這為感應(yīng)到屏蔽中的任何電流提供了一條回路，但不會(huì)產(chǎn)生可能擾亂測(cè)量或被測(cè)器件的接地環(huán)路。在較高的頻率上，探頭輸入電容及導(dǎo)線電感構(gòu)成了可能會(huì)振鈴的串聯(lián)“諧振”電路。在單端測(cè)量中，通過使用最短的地線，可以最大限度地降低這種效應(yīng)。這降低了電感，可以有效地提高諧振頻率，其可望超過放大器的帶寬。差分測(cè)量在兩只探頭尖端之間進(jìn)行，測(cè)量中沒有接地的概念。但是，如果振鈴是由于共模成分快速上升產(chǎn)生的，那么使用短地線可以降低諧振電路中的電感，進(jìn)而降低振鈴成分。在某些情況下，通過連接地線，也可以降低快速差分信號(hào)導(dǎo)致的振鈴，當(dāng)共模信號(hào)源在高頻上擁有非常低的到地阻抗時(shí)，可以采用這種方法，即使用電容器避開振鈴。否則，連接地線可能會(huì)使情況變得更糟!如果發(fā)生這種情況，應(yīng)試著在輸入端把探頭一起接地，這可以降低通過屏蔽的有效電感。

圖2. 噪聲分量疊加在實(shí)際輸出紋波上，導(dǎo)致測(cè)量輸出紋波大于實(shí)際輸出紋波。

當(dāng)然，把探頭接地連接到電路上可能會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。在測(cè)量頻率更高的信號(hào)時(shí)，這通常不會(huì)導(dǎo)致問題。在測(cè)量高頻率時(shí)，最好嘗試有地線時(shí)及沒有地線時(shí)進(jìn)行測(cè)量;然后使用提供最佳結(jié)果的設(shè)置。

在把探頭地線連接到電路上時(shí)，記住要把它連接到接地上!在使用差分放大器時(shí)，很容易會(huì)忘了接地連接在哪里，因?yàn)椴罘址糯笃骺梢蕴綔y(cè)電路中的任何地方，而沒有損壞風(fēng)險(xiǎn)。

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審核編輯 黃宇