什么是高壓差分探頭

示波器探頭的種類很多，其中高壓差分探頭在開關(guān)電源應(yīng)用中十分廣泛，然而市場上差分探頭生產(chǎn)廠家也不少，性能指標(biāo)各不相同，造成測出的波形也不盡相同，工程師無法看到正確波形。

使用任何示波器探頭時，您需要連接到電路上的兩個點(diǎn)來測量它們之間的電壓差。 對于單端探頭，其中一個點(diǎn)必須是“地”，該點(diǎn)主要通過示波器連接到大地。但是，單端探頭的問題之一是，當(dāng)承載信號的導(dǎo)線拾取電背景噪聲時，可能會遇到噪聲或接地反彈問題。

當(dāng)使用任何探頭時，需要將兩個探針輸入連接到一個電路，以測量它們之間的電壓差。

示波器探頭單端測量是指輸入信號與地之間的電壓差。對于單端探頭，其中一個點(diǎn)必須“接地”。差值被輸入到示波器的輸入。單端輸入可能會受到噪聲或地面反彈問題，因?yàn)閿y帶信號的導(dǎo)線拾取了電子背景噪聲。

下面我們講述高壓差分探頭的主要指標(biāo)和相關(guān)使用技巧。

什么是差分探頭?

差分探頭(Differential Probes)是示波器探頭的一種，差分探頭是利用差分放大原理計(jì)出來的示波器探頭。

差分信號是什么意思？

了解差分探頭，也要了解什么是差分信號。差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相同，相位相反。

在這兩根線上的傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴２罘中盘柺腔ハ鄥⒖迹皇菂⒖冀拥氐男盘枴?

差分信號的優(yōu)點(diǎn)

• 首先，差分信號具有很強(qiáng)的抗干擾能力。當(dāng)噪聲出現(xiàn)時，由于噪聲是等值且同時作用在兩個信號線上，所以噪聲對兩個信號的影響是一樣的。此時兩個信號之間的差值和沒有干擾時的差值是一樣的，所以差分信號能保持原信號的邏輯值，這就是說的它的抗干擾能力。
• 其次，差分信號能有效抑制電磁干擾（EMI）。這是因?yàn)閮筛€靠得很近，信號幅值相等，所以與地線的耦合電磁場的幅值也相等，但信號極性相反，這就像兩個相同大小但方向相反的矢量，他們會相互抵消，這就是為什么差分信號能有效抑制電磁干擾。
• 再者，差分信號的時序定位準(zhǔn)確。接收端以兩根線上的信號幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。這就是為什么我們說差分信號的時序定位準(zhǔn)確。

差分信號的缺點(diǎn)

• 首先，它需要兩根線，這可能會使布線變得復(fù)雜。
• 其次，差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。

差分探頭的主要指標(biāo)

探頭帶寬

探頭帶寬是指探頭響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%(-3 dB)的頻率。在選擇示波器和示波器探頭時，要認(rèn)識到帶寬在許多方面影響著測量精度。在幅度測量中，隨著正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會作為實(shí)際幅度的70.7% 進(jìn)行測量。因此，為實(shí)現(xiàn)*大的幅度測量精度，必需選擇帶寬比計(jì)劃測量的*高頻率波形高幾倍的示波器和探頭。這同樣適用于測量波形上升時間和下降時間。波形轉(zhuǎn)換沿(如脈沖和方形波邊沿)是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導(dǎo)致顯示的轉(zhuǎn)換慢于實(shí)際轉(zhuǎn)換速度。為**地測量上升時間和下降時間，使用的測量系統(tǒng)必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構(gòu)成波形上升時間和下降時間的高頻率成份。*常見的情況下，使用測量系統(tǒng)的上升時間時，系統(tǒng)的上升時間一般應(yīng)該比要測量的上升時間快4-5 倍。在開關(guān)電源領(lǐng)域，一般50MHz的帶寬就基本夠用了。

CMRR (共模抑制比)

CMRR共模抑制比是什么意思?

共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，簡寫CMRR，符號為Kcmr，單位是分貝db)是指差分探頭在差分測量中抑制兩個測試點(diǎn)共模信號信號的能力。共模抑制比是差分增益(Ad)和共模增益(Ac)的功率比。它意味著在差動探頭的輸出中會出現(xiàn)多少共模信號。這是差分探頭的關(guān)鍵指標(biāo)。

CMRR共模抑制比公式

其中：Ad?=?差分信號的電壓增益。Ac?=?共模信號的電壓增益。

在理想情況下，Ad?應(yīng)該很大，而Ac?則應(yīng)該等于0，因此CMRR無窮大。在實(shí)踐中，10,000:1?的CMRR已經(jīng)被看作非常好了。這意味著將抑制5V的共模輸入信號，使其在輸出上顯示為0.5毫伏。由于CMRR隨著頻率提高而下降，因此指定CMRR的頻率與CMRR值一樣重要。CMRR對于測量全橋或者半橋電路的上管驅(qū)動波時，顯得尤為重要，這也是高壓差分探頭測量這類信號時的難點(diǎn)。

60Hz 時 80 dB CMRR 是什么意思? 這也就是10000:1的Vout/Vin振幅比，這意味著兩個引線共同的1000V, 60hz正弦波共模噪聲將減少到100 mV (=1000V * 1/10,000)轉(zhuǎn)移到示波器。

畸變是輸入信號預(yù)計(jì)響應(yīng)或理想響應(yīng)的任何幅度偏差。在實(shí)踐中，在快速波形轉(zhuǎn)換之間通常會立即發(fā)生畸變，其表現(xiàn)為所謂的“減幅振蕩”。差分探頭的兩個差分輸入線非常長，常見的有50cm左右，如果差分探頭這個指標(biāo)設(shè)計(jì)不好，那么測量的信號容易產(chǎn)生畸變。市場上不同廠家的差分探頭測出的結(jié)果可能不同，有的相差甚遠(yuǎn)，這個指標(biāo)就是其中原因之一。