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(jìn)行測量時(shí)，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(hào) ( 對地電壓 )，用差分探頭測量差分信號(hào) ( 正電壓-負(fù)電壓 )。雖然也可以只買差分探頭，用差分探頭測量差分信號(hào)和單端信號(hào)，但出于一些實(shí)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(jià)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(dòng)點(diǎn)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(hào)。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(diǎn)。

　　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(diǎn) :

　　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(hào)不產(chǎn)生輸出。對單端探頭來說，共模抑制使加至信號(hào)輸入和接地輸入的相同信號(hào)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?yàn)樵趩味颂筋^上施加共模信號(hào)時(shí)，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(hào)。由于放大器的信號(hào)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(gè)凈信號(hào)，并由此產(chǎn)生一個(gè)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(shí)，務(wù)必使地線盡可能短。還應(yīng)注意該外模式信號(hào)并不直接影響“內(nèi)模式”信號(hào) ( 即同軸電纜內(nèi)的正常探頭輸出信號(hào) )，但反射的外模式信號(hào)將影響探頭放大器的地，從而間接影響內(nèi)模式信號(hào)?！皽y量可重復(fù)性”部分對此有進(jìn)一步的說明。

　　當(dāng)共模信號(hào)施加至差分探頭時(shí)，在 + 和 - 輸入端至衰減器 /放大器上可看到同樣的信號(hào)。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(hào)時(shí)，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(jìn)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(shí)中是難以實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意這里分析的單端探頭，其共模抑制能力遠(yuǎn)好于其他許多單端探頭，因?yàn)樗牡鼐€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(shí)探頭輸出處的電壓

　　單端共模響應(yīng) = 20[log(voc/vic)]

　　這里 vic 信號(hào)輸入和地輸入的公共電壓

　　voc 是施加 vic 時(shí)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(fù)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(jìn)入差分探頭的單端信號(hào)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(shí)所看到的差分探頭阻抗。綠色軌跡是施加單端源時(shí)看到的差分探頭阻抗，藍(lán)色軌跡是施加單端源時(shí)看到的單端探頭阻抗。圖 3 中標(biāo)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(hào)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(diǎn) 。由于地跳、串?dāng)_和 EMI 問題，電子行業(yè)正在用差分信號(hào)取代單端信號(hào)。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?yàn)椴罘痔筋^中信號(hào)連接之間的有效地平面比單端探頭中的大多數(shù)實(shí)際地連接 ( 非同軸 ) 更為理想，所以差分探頭對單端信號(hào)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(jià)格低，您可用它們來檢測差分信號(hào)和單端信號(hào)。如您再使用過程中有疑問，歡迎訪問普科科技PRBTEK官網(wǎng)www.jmcsled.cn