【48812】示波器探头根底系列之三《关于差分探头

  作为一名专业的硬件规划及测验工程师，咱们每天都在运用各种不同的数字示波器进行有关电气信号量的量测。 与这些示波器般配的探头品种也十分多，包含无源探头（包含高压探头，传输线探头）、有源探头（包含有源单端探头、有源差分探头号），电流探头、光探头号。每种探头各有其优缺陷，因而各有其适用的场合。其间，有源探头因具有带宽高，输入电容小，地环路小等长处然后被遍及的运用在高速数字量测范畴，但有源探头的价位高，动态规模小，静电灵敏，校准费事，因而，每个工程师运用示波器的入门级探头通常是无源探头。最常见的500Mhz的无源电压探头适用于一般的电路丈量和快速确诊，能够彻底满意大多数的低速数字信号、TV、电源和其它的一些典型的示波器使用。

  探头从总体上可分为无源探头和有源探头两大类型，而宽带宽示波器和有源探头的用户还需求在单端探头和差分探头之间还要做出挑选。承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。本文首要讲的是分差探头。差分信号和一般的单端信号走线比较，最显着的优势体现在以下三个方面：

  1.抗搅扰才能强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声搅扰时，几乎是一起被耦合到两条线上，而接纳端关怀的仅仅两信号的差值，所以外界的共模噪声能够被最大极限抵消。

  2.能有用按捺EMI，相同的道理，因为两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场能够彼此抵消，耦合的越严密，泄放到外界的电磁能量越少。

  3.时序定位准确，因为差分信号的开关改变是坐落两个信号的交点，而不像一般单端信号依托凹凸两个阈值电压判别，因而受工艺，温度的影响小，能下降时序上的差错，一起也更适合于低起伏信号的电路。现在盛行的LVDS便是指这种小振幅差分信号技能。

  差分信号的结构特色要求对应的测验设备也有必要是差分拓扑，差分探头因而成为现代示波器的干流配件。下图1是典型的有源差分探头电路结构图：

  针对高频信号测验，有源差分探头的首要优点是低输入电容、比单端探头按捺共模噪声的才能要高许多，其缺陷大多数表现在价格遍及较高以及需求额定的电源。比方力科公司的WaveLink系列高带宽差分探头便是这类探头的代表。

  什么是共模按捺比，简略来说，便是差动扩大电路中对信号共模成分的按捺才能，其界说为扩大器对差模信号的电压扩大倍数Adm与对共模信号的电压扩大倍数Acm之比，英文全称是CommonModeRejectionRatio，一般用简写CMRR来表明。

  咱们能这样界说：两个输入端别离对地的电压平均值为共模电压Vcm，通过差动扩大器后的增益为共模增益Acm；两个输入端之间的相对电压差为差模电压Vdm，其通过差模扩大器之后的增益为Adm。CMRR计算公式如下：

  差模信号电压增益Adm越大，共模增益Acm越小，则CMRR越大。此时差分扩大电路按捺共模信号的才能越强，扩大器的功能越好。当差动扩大电路彻底对称时，共模信号电压扩大倍数Acm=0，则共模按捺比CCMR，这是抱负状况，实际上电路彻底对称是不存在的，共模按捺比也不可能趋于无穷大。

  电路对称性――电路的对称性决议了被扩大后的信号残存共模搅扰的起伏，电路对称性越差，其共模按捺比就越小，按捺共模信号（搅扰）的才能也就越差。