在信號測量領(lǐng)域，探頭作為引入信號的關(guān)鍵工具，不同類(lèi)型的探頭適用于不同的測量場(chǎng)景。測量時(shí)，很多情況下都能直接用廠(chǎng)家送的探頭解決問(wèn)題，那廠(chǎng)家力推的差分探頭有必要買(mǎi)嗎？

一、探頭類(lèi)型概述

1、高阻無(wú)源探頭目前，我們隨設備送的探頭都是高阻無(wú)源探頭，它成本低，很耐造，是測量新手的首選。但是，

它同時(shí)具備了帶寬低、電容大、地環(huán)路大等劣勢，在高速信號、精密測量等領(lǐng)域還是略顯心有余而力不足。

      2、有源單端探頭

這時(shí)候，就該上有源探頭。有源探頭里面又分單端、差分等。

      有源單端探頭理解起來(lái)其實(shí)很簡(jiǎn)單，它彌補了贈品探頭的劣勢，帶寬更高，電容更小，雖然靜電敏感、動(dòng)態(tài)范圍低、校準又麻煩，屬于是和高阻無(wú)源探頭優(yōu)劣極限一換一，但對于高速信號測量可以手拿把掐了。

二、差分探頭的獨特優(yōu)勢

這么一看，高阻無(wú)源探頭的劣勢都已經(jīng)被彌補了，差分探頭好像沒(méi)有存在的意義了嗎？

        有源單端探頭確實(shí)彌補了高阻無(wú)源探頭的劣勢，但這兩種探頭的測量核心目標，都是“信號對地電壓”，它們的互補，只是在這同一個(gè)目標下的互補。

      而差分探頭的測量目標則是“兩路信號的電壓差”，采用雙絞對稱(chēng)走線(xiàn)，正負信號線(xiàn)長(cháng)度、阻抗嚴格匹配 。

      比起一定要有個(gè)“參考地”的測量，思路可謂格外不同。

      要實(shí)現這個(gè)能力，差分探頭并不是采用一路信號線(xiàn)、一路地線(xiàn)的走線(xiàn)方法，而是將正負信號線(xiàn)通過(guò)長(cháng)度、阻抗的嚴格匹配，采用雙絞對稱(chēng)走線(xiàn)來(lái)實(shí)現。信號測量的路徑分別通過(guò)探頭正端、副端進(jìn)入其內部的差分放大器，再進(jìn)入示波器進(jìn)行顯示。

而差分探頭這種獨特的走線(xiàn)方式，也為其帶來(lái)了非常多的優(yōu)勢。

1、有效抑制EMI

首先，差分探頭能有效抑制EMI，在傳輸信號時(shí)，兩根信號線(xiàn)不同的極性會(huì )使其對外輻射的能量互相抵消一部分，從而有效降低EMI，如果周?chē)h(huán)境電磁敏感，那么差分探頭能降低干擾。

2、降低對工藝波動(dòng)和溫度變化的敏感性

其次，相較于單端信號依賴(lài)高低電平閾值進(jìn)行判斷的方式，差分信號的開(kāi)關(guān)切換由兩路信號的交叉點(diǎn)觸發(fā)，這一機制顯著(zhù)降低了對工藝波動(dòng)和溫度變化的敏感性，減少了時(shí)序誤差，同時(shí)在小幅度信號場(chǎng)景中展現出更強的適應性。

3、浮地測量更安 全

此外，差分探頭還能讓浮地測量變得更加安全。我們之前講過(guò)，當被測電路負極對地電壓不為零時(shí)，單端測試會(huì )導致地線(xiàn)和負極短路，從而無(wú)法測量。而差分探頭由于不引入對地回路，能更安 全地進(jìn)行差分測量。而這，在廣泛采用浮地元器件的電源行業(yè)，可謂重中之重。

4、共模抑制比更大

如果不理解共模抑制比，可以先放一邊。你先設想一下，如果外界的電磁輻射等干擾對差分探頭產(chǎn)生噪聲影響，由于差分探頭雙絞線(xiàn)長(cháng)度、阻抗均匹配，那么這些干擾會(huì )高度一致地在兩條信號線(xiàn)上分布，從而在接收端通過(guò)“相減”而被抵消，這就是差分探頭扛共模干擾的能力更強、共模抑制比更高的現實(shí)表現，也就是它，測得更準。

三、實(shí)驗驗證

我們可以通過(guò)儀器來(lái)做一個(gè)不那么嚴謹的實(shí)驗對比一下A-B和差分探頭的差距。

選取鼎陽(yáng)科技SDS3000X HD系列數字示波器和SDG2000X任意波形發(fā)生器作為實(shí)驗儀器。我們采用任意波形的通道1和通道2均輸出直流1V的直流電信號。其相減，其蕞大值應該等于0V。

      先采用A-B法進(jìn)行測試。用兩根高阻無(wú)源探頭將信號接入示波器的通道一和通道二，打開(kāi)數學(xué)運算，設置通道一減通道二，并進(jìn)行蕞大值測量，測量結果為20mV左右。

      再采用差分探頭進(jìn)行測量，其中，正極探針接在通道1上，負極探針接在通道2上，并進(jìn)行通道一蕞大值測量，測量結果為4mV左右，差距很明顯。

      當然，由于任意波形發(fā)生器本身不是追求極 致功率精度和穩定性的儀器，示波器自己內部也還存在噪聲、誤差等，這個(gè)實(shí)驗只能說(shuō)博您一笑，只要能您領(lǐng)會(huì )到我的意思就行。

說(shuō)回共模抑制比，它用于表征差分放大電路抑制共模信號及放大差模信號的能力，簡(jiǎn)單粗暴地理解，就是對兩個(gè)輸入端電壓差，即差模電壓的增益，比上兩個(gè)輸入端對地電壓平均值，即共模電壓的增益的比值。

列公式來(lái)看即：

CMRR=倍數*（正-負端口電壓差）/倍數（正端口對地電壓+負端口對地電壓）/2

      顯然，差模增益越大，共模增益越小，共模抑制比就越大。而當差分探頭的雙絞線(xiàn)完全對稱(chēng)時(shí)，由于相減抵消，這個(gè)共模電壓的增益會(huì )變成0，導致導致共模抑制比變?yōu)闊o(wú)窮大，這是差分探頭的理想情況。當然，現實(shí)生活中我們無(wú)法真正地做到電路完全對稱(chēng)，所以蕞終，還是會(huì )有共模電壓留存，也就是我們剛才實(shí)驗中測試出來(lái)導致結果非零的電壓。

四、結論

總結一下，差分探頭一共有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：EMI小、時(shí)序精準、浮地測量安全、共模抑制比大。此外，差分探頭下面也分為兩類(lèi)，有源差分探頭和高壓差分探頭，他們具有以上四個(gè)優(yōu)點(diǎn)的共性，但也有差異，以應對于不同的場(chǎng)景。

有源差分探頭的帶寬可以做到很大，幾個(gè)G那是輕輕松松，對于高速信號測量更常見(jiàn)，但是動(dòng)態(tài)范圍很小，對于大電壓是“無(wú)能為力”的。

而高壓差分探頭的帶寬通常不會(huì )做的太大，100MHz已經(jīng)是很努力啦，但是通常能接受kV以上的高壓，在開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域中應用十分常見(jiàn)，工程師可根據實(shí)際需求選擇合適的探頭。

來(lái)源：鼎陽(yáng)科技

如果您對差分探頭的選購和使用有任何疑問(wèn)，樂(lè )信智測工程師可以為您解答疑惑。樂(lè )信智測多年來(lái)一直專(zhuān)注于通用電子測試測量?jì)x器及相關(guān)行業(yè)專(zhuān)用測試解決方案的提供。公司配備專(zhuān)業(yè)的售前售后技術(shù)人員，為客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)品選型，技術(shù)支持，現場(chǎng)測試等快捷的一站式本地化服務(wù)?？梢愿鶕男枨?，幫助您選擇合適的電子測試儀器！您的滿(mǎn)意是樂(lè )信智測永遠追求的目標！