示波器測量中的浮動與差分電壓挑戰(zhàn)及解決方案

　　從根本上來說，示波器是一種測量電壓(在Y軸上)與時間(在X軸上)關(guān)系的儀器，且所有的電壓測量都是在兩點之間進行的。在設(shè)計示波器時，大多數(shù)設(shè)計者都期望這兩點中的一點能夠牢固地接地。因此，示波器的探頭參考引線會電氣連接到BNC輸入的外殼，進而連接到機箱，最終通過電源引線接地。

　　然而，這種設(shè)計卻帶來了示波器用戶經(jīng)常遇到的問題：許多電壓測量值并不以接地為參考。差分電壓和浮動電壓在實際應(yīng)用中無處不在，這給用戶帶來了不小的困擾。

　　當電壓不直接參考地時，我們稱之為“浮動電壓”。同樣地，當在兩點之間測量電壓，且這兩點都不是接地的，我們稱之為“差分電壓”。此外，信號通常通過兩條線路進行差分傳輸，一條線路傳輸?shù)男盘柵c另一條線路相反，這樣的設(shè)計可以使接收器有效地抑制任何共模噪聲。

　　例如，CAN總線的差分信號就是CAN高電平和CAN低電平之間的差異，這種差分傳輸方式可以很好地抑制共模噪聲。除此之外，開關(guān)模式電源、三相電源、電流感應(yīng)電阻器以及生物信號等也都可能遇到浮動或差分信號的問題。如果在此類信號測量中錯誤地引入了接地引線，輕者可能導(dǎo)致信號失真，重者甚至可能損壞被測器件。

　　針對浮動測量的問題，有幾種可能的解決方案。但直接斷開電源插頭處的接地線并不可取，因為這會使機箱和所有BNC輸入都失去接地保護，增加觸電的風險。

　　一種更安全且常用的方法是使用兩個探頭進行偽差分測量。具體來說，就是使用兩個探頭分別測量兩個點，然后反轉(zhuǎn)一個通道的信號，并通過數(shù)學方法從一個通道中減去另一個通道的信號。這樣，我們就可以只顯示差分信號，同時確保測量的安全性。然而，這種方法也存在一些限制，比如需要兩個通道和一個數(shù)學通道來產(chǎn)生一條跡線，而且探針之間的任何不平衡都可能導(dǎo)致通道之間的偏斜和低共模抑制比(CMRR)。

　　因此，對于需要高精度和高安全性的測量場景，更優(yōu)雅的解決方案是使用有源差分電壓探頭。這種探頭具有真差分測量、高CMRR以及每次測量只需一個示波器通道等優(yōu)點。它可以有效地解決浮動電壓和差分電壓的測量問題，提高測量的準確性和安全性。

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