从线电压和嵌入式电源到音频和串行数据通信，差分电压测量为尝试追踪传统地面参考探测器不可见的讨厌信号的用户提供了切实的好处。 正如所有一年级EE毕业生都知道的那样，两点之间测得的电压等于它们之间的电位差。将数字电压表（DVM）的探头放在电池的端子上，宾果，这种差异转换为电表上的伏特读数。在大多数情况下，DVM具有没有绝对电压参考的浮动输入。这是我们都理解的隐性知识。电压很容易测量。毕竟，你甚至不必打破电路来获得阅读。
但要注意 - 危险潜伏着
使用示波器时，电压测量变得有点棘手。这是因为示波器几乎总是采用单端（SE），接地参考输入（图1）。每个测量通道共享这个公共接地参考 - 它是BNC的外套。因此，示波器通常测量相对于地面的幅度。
图1：比较单端（SE）和差分输入级
单端，地面参考探针的问题可视化。
这听起来可能不是一个重要的功能差异，但它会产生重大影响。最值得注意的是，在不小心的情况下，探测电路可能会无意间造成短路。考虑到接地的SE探头通常在内部直接连接到设备机箱，然后通过电源线连接到地。这是一种具有重要安全益处的低阻抗通路。这比通过有机物质找到通过地面接地的大电流更好，这不利于阻碍。像奇怪的测试工程师一样。 使用标准SE探头探测电源电路的较高电压节点，结果通常会产生火花或系统因过流事件而快速关闭。你甚至可能没有开始探测。即使事先，一个不适当放置的接地鳄鱼夹也会导致短路！
浮动到安全 那么解决方案是什么？如何在这些条件下使用示波器安全地进行电压测量？ 答案在于消除通往地面的道路。图1显示了一个简化的差分输入级（右侧）。输入“浮动”，确保探针之间的任何电位差都是可测量的。由于没有低阻抗接地路径，因此不可能出现短路。 在标准范围内模拟差分测量的最简单方法可能是利用示波器的数学函数。这些可以应用于通道对。将SE探头连接到两个通道（比如通道1和2），然后将它们的接地夹短接在一起，同时确保它们在被测设备（DUT）附近不会偏离。你仍然需要避免潜在的短裤！最后，通过从通道1中减去通道2，您将在屏幕上观察到伪差分结果。 请注意，这是以丢失频道为代价的！同样不希望的是，该系统中的任何电压误差都是相加的 使用两个通道进行单个伪差分测量意味着两个误差会逐渐增加 - 使其影响加倍。 传统上，到目前为止，最优雅（但相当昂贵）的浮动输入方式是购买差分探头。真正的差分输入级对于抑制两个输入端同时存在的电压变化很有价值（称为共模噪声 - 图中的V CM）。这是一个有价值的属性，特别是在存在大量电噪声的情况下探测敏感电路时 - 通常是电源和电机驱动器。图2通过清晰的迹线（V SIG）说明了这种好处，即感兴趣的信号，即使面对相当大的共模干扰，也显示出稳定性。
图2：拒绝共模噪声
一台PC示波器简化了差分测量
有源差分探头比其无源SE同类产品具有更高的性能。高共模抑制与低输入电容相结合。这减少了电路负载和噪声，以发现更多的真实情况。帮助你看到差异。现在，在了解了差分输入的好处之后，您可能想知道为什么它们在示波器上没有被广泛使用。为什么它们是附加功能？
PicoScope 4444
再看看了 除了明显的安全优势外，即使在传统SE探头无效的低压电路中，您也可以提取重要信息。典型的应用程序是任何具有重要浮动节点的应用程序，一旦鳄鱼夹咬伤，这些浮动节点本身就很容易被地面返回环路折叠！顺便提一下，存在许多系统，其中显着的共模噪声使得SE测量无用。 考虑所示的简单嵌入式DC / DC电源电路。从快速浏览（图3a）可以看出，功率电感器是接地还是浮动。这是一个复杂的图像，因为电感电流是由几个因素决定的; 即V IN，V OUT和静态直流负载电流的绝对值。它是一个有趣的差分测量测试案例。 SL9120是一种多模转换器集成电路（IC），能够进行降压，升压或直通操作。四个内部IC开关环绕电感（图3b），确定电流。考虑到所有开关组合，很难解除电感器两端出现的瞬时电压（LX1和LX2）。除此之外，还有各种开关模式，使触发变得复杂，并且该电路需要差分探头。下一次我们将使用PicoScope 4444深入挖掘电感器两端的电压。 PicoScope 4444具有灵活性，精确性和差分输入的安全性，可增强任何工程师的工作台。此外，可以使用简单的BNC到D型适配器，以便在需要的时候使用传统探头。但PicoScope 4444的优雅源于消除麻烦的接地环路。一个小小的创新步骤，有助于避免令人震惊的短路，平息各地工程师的神经。
