從線電壓和嵌入式電源到音頻和串行數(shù)據(jù)通信，差分電壓測(cè)量為嘗試追蹤傳統(tǒng)地面參考探測(cè)器不可見(jiàn)的討厭信號(hào)的用戶提供了切實(shí)的好處。 正如所有一年級(jí)EE畢業(yè)生都知道的那樣，兩點(diǎn)之間測(cè)得的電壓等于它們之間的電位差。將數(shù)字電壓表（DVM）的探頭放在電池的端子上，賓果，這種差異轉(zhuǎn)換為電表上的伏特讀數(shù)。在大多數(shù)情況下，DVM具有沒(méi)有絕對(duì)電壓參考的浮動(dòng)輸入。這是我們都理解的隱性知識(shí)。電壓很容易測(cè)量。畢竟，你甚至不必打破電路來(lái)獲得閱讀。

但要注意 - 危險(xiǎn)潛伏著
使用示波器時(shí)，電壓測(cè)量變得有點(diǎn)棘手。這是因?yàn)槭静ㄆ鲙缀蹩偸遣捎脝味耍⊿E），接地參考輸入（圖1）。每個(gè)測(cè)量通道共享這個(gè)公共接地參考 - 它是BNC的外套。因此，示波器通常測(cè)量相對(duì)于地面的幅度。

圖1：比較單端（SE）和差分輸入級(jí) 單端，地面參考探針的問(wèn)題可視化。

這聽(tīng)起來(lái)可能不是一個(gè)重要的功能差異，但它會(huì)產(chǎn)生重大影響。最值得注意的是，在不小心的情況下，探測(cè)電路可能會(huì)無(wú)意間造成短路?？紤]到接地的SE探頭通常在內(nèi)部直接連接到設(shè)備機(jī)箱，然后通過(guò)電源線連接到地。這是一種具有重要安全益處的低阻抗通路。這比通過(guò)有機(jī)物質(zhì)找到通過(guò)地面接地的大電流更好，這不利于阻礙。像奇怪的測(cè)試工程師一樣。 使用標(biāo)準(zhǔn)SE探頭探測(cè)電源電路的較高電壓節(jié)點(diǎn)，結(jié)果通常會(huì)產(chǎn)生火花或系統(tǒng)因過(guò)流事件而快速關(guān)閉。你甚至可能沒(méi)有開(kāi)始探測(cè)。即使事先，一個(gè)不適當(dāng)放置的接地鱷魚(yú)夾也會(huì)導(dǎo)致短路！

浮動(dòng)到安全 那么解決方案是什么？如何在這些條件下使用示波器安全地進(jìn)行電壓測(cè)量？ 答案在于消除通往地面的道路。圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的差分輸入級(jí)（右側(cè)）。輸入“浮動(dòng)”，確保探針之間的任何電位差都是可測(cè)量的。由于沒(méi)有低阻抗接地路徑，因此不可能出現(xiàn)短路。 在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)模擬差分測(cè)量的最簡(jiǎn)單方法可能是利用示波器的數(shù)學(xué)函數(shù)。這些可以應(yīng)用于通道對(duì)。將SE探頭連接到兩個(gè)通道（比如通道1和2），然后將它們的接地夾短接在一起，同時(shí)確保它們?cè)诒粶y(cè)設(shè)備（DUT）附近不會(huì)偏離。你仍然需要避免潛在的短褲！最后，通過(guò)從通道1中減去通道2，您將在屏幕上觀察到偽差分結(jié)果。 請(qǐng)注意，這是以丟失頻道為代價(jià)的！同樣不希望的是，該系統(tǒng)中的任何電壓誤差都是相加的 使用兩個(gè)通道進(jìn)行單個(gè)偽差分測(cè)量意味著兩個(gè)誤差會(huì)逐漸增加 - 使其影響加倍。 傳統(tǒng)上，到目前為止，最優(yōu)雅（但相當(dāng)昂貴）的浮動(dòng)輸入方式是購(gòu)買差分探頭。真正的差分輸入級(jí)對(duì)于抑制兩個(gè)輸入端同時(shí)存在的電壓變化很有價(jià)值（稱為共模噪聲 - 圖中的V CM）。這是一個(gè)有價(jià)值的屬性，特別是在存在大量電噪聲的情況下探測(cè)敏感電路時(shí) - 通常是電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖2通過(guò)清晰的跡線（V SIG）說(shuō)明了這種好處，即感興趣的信號(hào)，即使面對(duì)相當(dāng)大的共模干擾，也顯示出穩(wěn)定性。

圖2：拒絕共模噪聲

一臺(tái)PC示波器簡(jiǎn)化了差分測(cè)量
有源差分探頭比其無(wú)源SE同類產(chǎn)品具有更高的性能。高共模抑制與低輸入電容相結(jié)合。這減少了電路負(fù)載和噪聲，以發(fā)現(xiàn)更多的真實(shí)情況。幫助你看到差異?，F(xiàn)在，在了解了差分輸入的好處之后，您可能想知道為什么它們?cè)谑静ㄆ魃蠜](méi)有被廣泛使用。為什么它們是附加功能？

PicoScope 4444

再看看了 除了明顯的安全優(yōu)勢(shì)外，即使在傳統(tǒng)SE探頭無(wú)效的低壓電路中，您也可以提取重要信息。典型的應(yīng)用程序是任何具有重要浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序，一旦鱷魚(yú)夾咬傷，這些浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)本身就很容易被地面返回環(huán)路折疊！順便提一下，存在許多系統(tǒng)，其中顯著的共模噪聲使得SE測(cè)量無(wú)用。 考慮所示的簡(jiǎn)單嵌入式DC / DC電源電路。從快速瀏覽（圖3a）可以看出，功率電感器是接地還是浮動(dòng)。這是一個(gè)復(fù)雜的圖像，因?yàn)殡姼须娏魇怯蓭讉€(gè)因素決定的; 即V IN，V OUT和靜態(tài)直流負(fù)載電流的絕對(duì)值。它是一個(gè)有趣的差分測(cè)量測(cè)試案例。 SL9120是一種多模轉(zhuǎn)換器集成電路（IC），能夠進(jìn)行降壓，升壓或直通操作。四個(gè)內(nèi)部IC開(kāi)關(guān)環(huán)繞電感（圖3b），確定電流?？紤]到所有開(kāi)關(guān)組合，很難解除電感器兩端出現(xiàn)的瞬時(shí)電壓（LX1和LX2）。除此之外，還有各種開(kāi)關(guān)模式，使觸發(fā)變得復(fù)雜，并且該電路需要差分探頭。下一次我們將使用PicoScope 4444深入挖掘電感器兩端的電壓。 PicoScope 4444具有靈活性，精確性和差分輸入的安全性，可增強(qiáng)任何工程師的工作臺(tái)。此外，可以使用簡(jiǎn)單的BNC到D型適配器，以便在需要的時(shí)候使用傳統(tǒng)探頭。但PicoScope 4444的優(yōu)雅源于消除麻煩的接地環(huán)路。一個(gè)小小的創(chuàng)新步驟，有助于避免令人震驚的短路，平息各地工程師的神經(jīng)。