中心議題：

• 差分測量的特點
• 對於共模信號的測量
  ，差分探頭更加準確
• 在電源測試中，能做到安全的浮地測量

上文講到
，探頭從總體上可分為無源探頭和有源探頭兩大類型，而寬帶寬示波器和有源探頭的用戶還需要在單端探頭和差分探頭之間做出選擇。單端探頭測量的是信號對“地”的參考電壓，而測量兩路信號的相對電壓差（與地平麵無關），一般來說這兩路信號是相位相差180度(du)的(de)正(zheng)反(fan)電(dian)壓(ya)，則(ze)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)。本(ben)質(zhi)上(shang)，單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)也(ye)是(shi)一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)
，因(yin)為(wei)測(ce)量(liang)的(de)是(shi)信(xin)號(hao)與(yu)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)相(xiang)對(dui)電(dian)勢(shi)差(cha)

，所(suo)以(yi)理(li)論(lun)上(shang)用(yong)戶(hu)也(ye)可(ke)以(yi)隻(zhi)買(mai)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)來(lai)覆(fu)蓋(gai)所(suo)有(you)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)和(he)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)的(de)測(ce)量(liang)需(xu)求(qiu)，但(dan)多(duo)方(fang)麵(mian)的(de)因(yin)素(su)又(you)製(zhi)約(yue)了(le)這(zhe)種(zhong)可(ke)能(neng)性(xing)，與(yu)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)相(xiang)比(bi)，差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)價(jia)格(ge)更(geng)貴(gui)，使(shi)用(yong)也(ye)較(jiao)不(bu)方(fang)麵(mian)，需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)電(dian)源(yuan)。

那單端探頭能否從理論上代替差分探頭的功能呢？ 答da案an是shi否fou定ding的de

，不bu僅jin僅jin是shi因yin為wei價jia格ge或huo使shi用yong方fang便bian性xing的de因yin素su，更geng重zhong要yao的de是shi技ji術shu層ceng麵mian，差cha分fen信xin號hao測ce試shi的de應ying用yong特te點dian決jue定ding了le很hen多duo情qing況kuang下xia隻zhi有you差cha分fen探tan頭tou而er非fei單dan端duan探tan頭tou才cai能neng勝sheng任ren這zhe一yi工gong作zuo。這zhe包bao括kuo差cha分fen信xin號hao表biao現xian形xing式shi
、共模抑製能力、安全的浮地電源測量等等。

1、差分測量特點
計算機
、通信、消xiao費fei類lei電dian子zi工gong業ye的de快kuai速su發fa展zhan推tui動dong著zhe信xin號hao傳chuan輸shu率lv不bu斷duan提ti高gao
，也ye推tui動dong著zhe越yue來lai越yue多duo的de信xin號hao協xie議yi從cong單dan端duan拓tuo撲pu結jie構gou轉zhuan向xiang差cha分fen拓tuo撲pu結jie構gou
，何he為wei差cha分fen信xin號hao
？通tong俗su地di說shuo
，就jiu是shi芯xin片pian驅qu動dong端duan發fa送song兩liang個ge等deng值zhi、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號和普通的單端信號走線相比，最明顯的優勢體現在以下三個方麵：

a.kangganraonengliqiang
，yinweilianggenchafenzouxianzhijiandeouhehenhao，dangwaijiecunzaizaoshengganraoshi，jihushitongshibeiouhedaoliangtiaoxianshang，erjieshouduanguanxindezhishiliangxinhaodechazhi，suoyiwaijiedegongmozaoshengkeyibeizuidachengdudixiao。

b.能有效抑製EMI
，同樣的道理，由於兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

c.shixudingweijingque，youyuchafenxinhaodekaiguanbianhuashiweiyulianggexinhaodejiaodian，erbuxiangputongdanduanxinhaoyikaogaodilianggeyuzhidianyapanduan
，yinershougongyi
，wendudeyingxiangxiao，nengjiangdishixushangdewucha
，tongshiyegengshiheyudifuduxinhaodedianlu。muqianliuxingde LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號技術。

差分信號的結構特點要求對應的測試設備也必須是差分拓撲
，差分探頭因此成為現代示波器的主流配件。下圖1是典型的有源差分探頭電路結構圖：

針對高頻信號測試，有源差分探頭的主要好處是低輸入電容
、比單端探頭抑製共模噪聲的能力要高很多，其缺點主要體現在價格普遍較高以及需要額外的電源。比如力科公司的WaveLink係列高帶寬差分探頭即是這類探頭的代表。

2、差分探頭具有高的共模抑製比
什麼是共模抑製比，簡單來說
，就是差動放大電路中對信號共模成分的抑製能力，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數Adm與對共模信號的電壓放大倍數Acm之比
，英文全稱是Common Mode Rejection Ratio，一般用簡寫CMRR來表示。
我們可以這樣定義：兩個輸入端分別對地的電壓平均值為共模電壓Vcm
，經過差動放大器後的增益為共模增益Acm；兩個輸入端之間的相對電壓差為差模電壓Vdm，其經過差模放大器之後的增益為Adm。CMRR計算公式如下： 差模信號電壓增益Adm越大，共模增益Acm越小，則CMRR越大。此時差分放大電路抑製共模信號的能力越強，放大器的性能越好。當差動放大電路完全對稱時
，共模信號電壓放大倍數Acm=0
，則共模抑製比CCMR→∞，這是理想情況，實際上電路完全對稱是不存在的，共模抑製比也不可能趨於無窮大。

哪些因素會影響探頭的共模抑製比呢？

a.電路對稱性——電路的對稱性決定了被放大後的信號殘存共模幹擾的幅度
，電路對稱性越差，其共模抑製比就越小，抑製共模信號（幹擾）的能力也就越差。

b.信號頻率或者Dv/Dt

c.任何探頭或儀器輸入的不匹配。

很顯然
，CMRR值越大越好，一般在60dB(1000:1)左右，但隨著頻率增加CMRR會逐漸減少。因為越快的信號邊沿越容易再正負兩端產生偏差，因而也會帶來更多的共模電壓
，如下圖所示。 CMRR為什麼很重要，因為差分探頭的CMRR指標若不好，則共模電壓會加入差分電壓內，造成測量上的誤差，下麵為一實例： 該示例說明，200:1的共模抑製比顯然是不夠的
，優異的差分探頭CMRR指標必須遠高於這個值才能保證測量結果的準確度

，比如力科公司的ADP305高壓差分探頭CMRR為80dB(10000:1)，而差分放大器DA1855A 的CMRR指標更是高達100dB(100000:1)，能充分滿足高精度差分電壓測試的需要。

單端探頭的CMRR指標為什麼很難做高？單端探頭模型表明了探頭放大器到“大地”地(di)線(xian)之(zhi)間(jian)有(you)一(yi)個(ge)寄(ji)生(sheng)電(dian)阻(zu)和(he)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)
，這(zhe)兩(liang)個(ge)元(yuan)件(jian)構(gou)成(cheng)了(le)由(you)探(tan)頭(tou)電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)和(he)大(da)地(di)地(di)線(xian)組(zu)成(cheng)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)所(suo)產(chan)出(chu)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)。這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)，因(yin)為(wei)當(dang)你(ni)給(gei)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)加(jia)一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)時(shi)，地(di)線(xian)電(dian)感(gan)值(zhi)就(jiu)與(yu)這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)一(yi)起(qi)組(zu)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)分(fen)壓(ya)器(qi)。此(ci)分(fen)壓(ya)器(qi)對(dui)到(dao)達(da)放(fang)大(da)器(qi)的(de)地(di)線(xian)信(xin)號(hao)起(qi)衰(shuai)減(jian)作(zuo)用(yong)。由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)和(he)地(di)線(xian)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)受(shou)到(dao)的(de)衰(shuai)減(jian)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)，在(zai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)上(shang)就(jiu)出(chu)現(xian)了(le)一(yi)個(ge)淨(jing)信(xin)號(hao)，從(cong)而(er)使(shi)放(fang)大(da)器(qi)有(you)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)。地(di)線(xian)電(dian)感(gan)越(yue)大(da)，共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li)越(yue)低(di)，所(suo)以(yi)當(dang)使(shi)用(yong)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)時(shi)，保(bao)持(chi)地(di)線(xian)盡(jin)量(liang)短(duan)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)。

當(dang)你(ni)給(gei)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)加(jia)上(shang)一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)時(shi)，放(fang)大(da)器(qi)的(de)正(zheng)負(fu)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)都(dou)有(you)同(tong)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)。所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)唯(wei)一(yi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)是(shi)該(gai)放(fang)大(da)器(qi)抑(yi)製(zhi)特(te)性(xing)的(de)函(han)數(shu)，它(ta)與(yu)連(lian)線(xian)電(dian)感(gan)無(wu)關(guan)。因(yin)此(ci)，在(zai)存(cun)在(zai)很(hen)大(da)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)音(yin)時(shi)

，用(yong)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)來(lai)測(ce)量(liang)更(geng)為(wei)精(jing)確(que)。這(zhe)是(shi)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)與(yu)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)之(zhi)間(jian)很(hen)典(dian)型(xing)的(de)區(qu)別(bie)，除(chu)非(fei)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)的(de)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)的(de)電(dian)感(gan)非(fei)常(chang)小(xiao)，而(er)這(zhe)一(yi)點(dian)在(zai)實(shi)際(ji)實(shi)踐(jian)中(zhong)是(shi)很(hen)難(nan)做(zuo)到(dao)的(de)。所(suo)以(yi)實(shi)際(ji)的(de)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)CMRR一般都優於單端探頭。

3、安全的浮地測量
電源係統測試中經常要求測量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測量兩點電壓，導致探頭燒毀的現象時有發生。這是因為：大多數示波器的”信號公共線”終端與保護性接地係統相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結果是：所suo有you施shi加jia到dao示shi波bo器qi上shang，以yi及ji由you示shi波bo器qi提ti供gong的de信xin號hao都dou具ju有you一yi個ge公gong共gong的de連lian接jie點dian。該gai公gong用yong連lian接jie點dian通tong常chang是shi示shi波bo器qi機ji殼ke，通tong過guo使shi交jiao流liu電dian源yuan設she備bei電dian源yuan線xian中zhong的de第di三san根gen導dao線xian源yuan線xian地di線xian，並bing將jiang探tan頭tou地di線xian連lian到dao一yi個ge測ce試shi點dian上shang。單dan端duan探tan頭tou的de地di線xian與yu供gong電dian線xian直zhi接jie相xiang連lian
，後hou果guo必bi然ran是shi短duan路lu。這zhe種zhong情qing況kuang下xia，我wo們men需xu要yao浮fu地di測ce量liang。

所謂“浮地”測量，即測量的兩個點都不處於接地電位
，這是一種典型的差分測量。“信號公共線”與地之間的電壓可能會升高到數百伏。

此ci外wai
，許xu多duo差cha分fen測ce量liang還hai要yao求qiu抑yi製zhi高gao共gong模mo信xin號hao
，以yi便bian於yu評ping估gu低di電dian平ping差cha分fen信xin號hao，多duo餘yu的de接jie地di電dian流liu還hai會hui產chan生sheng煩fan人ren的de嗡weng嗡weng聲sheng和he接jie地di環huan路lu。用yong戶hu常chang常chang借jie助zhu那na些xie存cun在zai潛qian在zai危wei險xian的de測ce量liang技ji術shu來lai解jie決jue這zhe些xie問wen題ti。

通過切斷標準三頭AC插(cha)座(zuo)地(di)線(xian)的(de)方(fang)法(fa)或(huo)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)交(jiao)流(liu)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)，切(qie)斷(duan)中(zhong)線(xian)與(yu)地(di)線(xian)的(de)連(lian)接(jie)。將(jiang)示(shi)波(bo)器(qi)從(cong)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)浮(fu)動(dong)起(qi)來(lai)
，以(yi)減(jian)小(xiao)地(di)環(huan)路(lu)的(de)影(ying)響(xiang)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)其(qi)實(shi)並(bing)不(bu)可(ke)行(xing)
，因(yin)為(wei)在(zai)建(jian)築(zhu)物(wu)的(de)布(bu)線(xian)中(zhong)中(zhong)線(xian)也(ye)許(xu)在(zai)某(mou)處(chu)已(yi)經(jing)與(yu)地(di)線(xian)相(xiang)連(lian)，是(shi)不(bu)安(an)全(quan)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)
，會(hui)帶(dai)來(lai)l人身傷害
，儀器和電路損壞！

ciwai
，taweifanlegongyejiankangheanquanguiding
，qiehuodedeceliangjieguoyecha。erqie，jiaoliugongdianyiqizaidimianfudongshihuichuxianyigedadejishengdianrong。yinci，fudongceliangjiangshoudaozhendangdepohuai。
總而言之，將示波器“浮地”非常糟糕的注意
，這將導致：
a.損壞被測器件
b. 損壞示波器
c.給人身帶來潛在傷害
d.導致很差的測量精度

問題該如何解決：

zuijiajiejuebanfajiushishiyonggaogongmoyizhibidechafentantou，yinweilianggeshuruduandoubucunzaijiedidewenti，lianglushuruxinhaodechafenyunsuanzaitantouqianduanfangdaqiwancheng
，chuanshudaoshiboqitongdaodexinhaoshiyichafenhoudedianya，shiboqiwuxuqudiaosanxianchatoudejiediduanjikeshixiananquandefudiceliang。birulikegongsideADP305高壓差分探頭即是安全測量三相市電的火線與火線、火線與中線間壓差的最佳探頭。