示波器差分和單端有源電壓探頭性能比較-共模抑制問題

　　過去在使用高帶寬示波器和有源探頭進行測量時，您可以選擇單端探頭，也可以選擇差分探頭。一般是用單端探頭測量單端信號 ( 對地電壓 )，用差分探頭測量差分信號 ( 正電壓-負電壓 )。雖然也可以只買差分探頭，用差分探頭測量差分信號和單端信號，但出于一些實際考慮，多數(shù)人并不這樣做。理由是，與單端探頭相比，差分探頭通常價格更高和更難以使用，而且?guī)捀　?/span>

　　In?niiMax 探頭系統(tǒng)既可用于差分檢測，又可用于單端檢測，從而很大程度上排除了過去拒絕使用差分探頭的理由。新的探頭系統(tǒng)使用可更換的探頭前端，這些前端特別適用于手動點測、插孔連接和焊入連接等測量方式。

　　對于這種新的探測方式，您需要確定是用差分探頭還是單端探頭測量單端信號。為作出最好的決定，您需要考慮差分探頭與單端探頭在性能和可用性方面的優(yōu)缺點。

　　本應(yīng)用指南從共模抑制問題分析差分探頭和單端探頭的性能優(yōu)缺點 :

　　共模抑制是差分探頭和單端探頭都存在的問題。對差分探頭來說。共模抑制使加至 + 和 - 探頭輸入的相同信號不產(chǎn)生輸出。對單端探頭來說，共模抑制使加至信號輸入和接地輸入的相同信號不產(chǎn)生輸出。

　　圖 1. 差分探頭和單端探頭的簡化模型

　　差分探頭和單端探頭模型 ( 圖 1) 顯示了從探頭衰減器 / 放大器接地到“大地”的電阻和電感。這是由探頭電纜屏蔽層和大地構(gòu)成的傳輸線 ( 或天線 ) 所造成阻抗的簡化模型。這一“外模式”阻抗是非常重要的，因為在單端探頭上施加共模信號時，地電感就與該外模式阻抗構(gòu)成分壓器，從而衰減了放大器得到的地信號。由于放大器的信號輸入沒有得到與地輸入同樣的衰減，這就在放大器的輸入端造成一個凈信號，并由此產(chǎn)生一個輸出。地電感越高，共模抑制就越低，因此您在使用單端探頭時，務(wù)必使地線盡可能短。還應(yīng)注意該外模式信號并不直接影響“內(nèi)模式”信號 ( 即同軸電纜內(nèi)的正常探頭輸出信號 )，但反射的外模式信號將影響探頭放大器的地，從而間接影響內(nèi)模式信號。“測量可重復(fù)性”部分對此有進一步的說明。

　　當(dāng)共模信號施加至差分探頭時，在 + 和 - 輸入端至衰減器 /放大器上可看到同樣的信號。所產(chǎn)生的輸出將由放大器共模抑制決定，而并非由連接電感造成。

　　圖 2. 差分探頭和單端探頭的共模響應(yīng)

　　當(dāng)您檢測含有共模噪聲的單端信號時，需要確定是差分探頭還是單端探頭有更好的共模抑制能力。這取決于單端探頭的接地連接電感，以及差分探頭中放大器的共模抑制能力。對于本例中的差分和單端探頭前端，圖 2 顯示差分探頭的共模抑制要比單端探頭高得多，因此在高共模噪聲環(huán)境中能夠進行更好的測量。這是兩種探頭最常見的情況，除非單端探頭有極低電感的接地連接，但這在現(xiàn)實中是難以實現(xiàn)的。應(yīng)注意這里分析的單端探頭，其共模抑制能力遠好于其他許多單端探頭，因為它的地線很短。圖 2 中的共模響應(yīng)定義為 :

　　差分共模響應(yīng) = 20[log(voc/vic)]

　　這里 vic 是 + 和 - 輸入的公共電壓

　　Voc 是施加 vic 時探頭輸出處的電壓

　　單端共模響應(yīng) = 20[log(voc/vic)]

　　這里 vic 信號輸入和地輸入的公共電壓

　　voc 是施加 vic 時探頭輸出處的電壓

　　圖 3. 差分探頭和單端探頭的輸入阻抗

　　輸入負載效應(yīng)比較

　　如果您用差分探頭前端和單端探頭前端的電感和電容值分析圖 1 中的電路模型，您將發(fā)現(xiàn)從單端源看過去的各探頭前端輸入阻抗沒有多少差別。分析的另一方面是了解外模式阻抗如何影響差分和單端探頭。在單端探頭放大器模型中，外模式阻抗要比接地連接阻抗高得多 ( 由于存在 lg)，因此它對輸入阻抗并沒有明顯影響。但由于存在外模式阻抗，進入差分探頭的單端信號將看到較高頻率比較低頻率有略低的容抗值。

　　圖3是差分探頭和單端探頭的輸入阻抗 ( 幅值 ) 圖。紅色軌跡是施加差分源時所看到的差分探頭阻抗。綠色軌跡是施加單端源時看到的差分探頭阻抗，藍色軌跡是施加單端源時看到的單端探頭阻抗。圖 3 中標注了這三種情況的直流電阻、電容和最小電感值。應(yīng)注意差分探頭和單端探頭對單端信號的輸入阻抗很類似。

　　以上就是普科科技PRBTEK從共模抑制問題比較差分探頭和單端探頭的性能和可用性的優(yōu)缺點 。由于地跳、串?dāng)_和 EMI 問題，電子行業(yè)正在用差分信號取代單端信號。對于在這一新領(lǐng)域中使用的測量設(shè)備，差分檢測是必不可少的要求。因為差分探頭中信號連接之間的有效地平面比單端探頭中的大多數(shù)實際地連接 ( 非同軸 ) 更為理想，所以差分探頭對單端信號的測量比單端探頭更好。新一代差分探頭易于使用、性能高、價格低，您可用它們來檢測差分信號和單端信號。如您再使用過程中有疑問，歡迎訪問普科科技PRBTEK官網(wǎng)www.zj5u.com