示波器探头的种类很多，其中高压差分探头在开关电源应用中十分广泛，然而市场上差分探头生产厂家也不少，性能指标各不相同，造成测出的波形也不尽相同，工程师无法看到正确波形。
使用任何示波器探头时，您需要连接到电路上的两个点来测量它们之间的电压差。对于单端探头，其中一个点必须是“地”，该点主要通过示波器连接到大地。但是，单端探头的问题之一是，当承载信号的导线拾取电背景噪声时，可能会遇到噪声或接地反弹问题。
图1 单端探头 = 参考地探头
当使用任何探头时，需要将两个探针输入连接到一个电路，以测量它们之间的电压差。
示波器探头单端测量是指输入信号与地之间的电压差。对于单端探头，其中一个点必须“接地”。差值被输入到示波器的输入。单端输入可能会受到噪声或地面反弹问题，因为携带信号的导线拾取了电子背景噪声。
下面我們讲述高压差分探头的主要指标和差分探头相关使用技巧。
什么是差分探头?
差分探头(Differential Probes)是示波器探头的一种，差分探头是利用差分放大原理设计出来的示波器探头。
差分探头主要用于观测差分信号，具有抗干扰能力强、时序定位精确和能有效抑制EMI的特点。差分探头是示波器的一种测量探头，通常用于浮地系统的测量，可以将任意两点浮接信号转换为对地的信号，以供示波器、电表或计算机使用。差分探头的工作原理基于差分放大原理，通过一对信号同时输入放大电路中相减，得到原始信号，从而克服零点漂移。
图2 单端有源探头差分探头
差分信号是什么意思？
了解差分探头，也要了解什么是差分信号。差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。
图3 差分信号
在这两根线上的传输的信号就是差分信号。差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。
差分信号的优点
首先，差分信号具有很强的抗干扰能力。当噪声出现时，由于噪声是等值且同时作用在两个信号线上，所以噪声对两个信号的影响是一样的。此时两个信号之间的差值和没有干扰时的差值是一样的，所以差分信号能保持原信号的逻辑值，这就是说的它的抗干扰能力。
其次，差分信号能有效抑制电磁干扰（EMI）。这是因为两根线靠得很近，信号幅值相等，所以与地线的耦合电磁场的幅值也相等，但信号极性相反，这就像两个相同大小但方向相反的矢量，他们会相互抵消，这就是为什么差分信号能有效抑制电磁干扰。
再者，差分信号的时序定位准确。接收端以两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。这就是为什么我们说差分信号的时序定位准确。
差分信号的缺点
首先，它需要两根线，这可能会使布线变得复杂。
其次，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
什么是高压差分探头?
高压差分探头是一种用于电力电气工程、电子通信技术、航空航天科技的测量仪器，采用专用电源模块使高压探头具有更高的稳定性和较低的噪声，高精度的高压探头内部元件采用极低的温度系数和电压系数，可提供很高的测试精度，所有有源高压差分探头的输出阻抗为50，可用于所有示波器和电压表。
图4 高压差分探头
高压差分探头有什么用？
差分探头主要用于观测差分信号：差分信号是相互参考、而不是以地作为参考点的信号。普通的单端探头也可以测量差分信号，但得到的信号与实际信号相差很大，有可能出现“地弹”现象。
高压差分探头差分放大原理
高压差分探头差分放大原理是指将一对信号同时输入放大电路，然后减去得到原始信号。差分放大器是通过直接耦合由两个具有相同参数特性的晶体管组成的放大器。如果在两个输入端输入相同大小、相同相位的信号，则输出为零，从而克服了零漂移。你可以把任何两个浮点信号转换成一个信号到地面，为了提供示波器、仪表或计算机使用，很多电路，特别是电机电路，包括直流补偿或交流补偿，甚至根本没有接地电路，此时使用示波器会引起电击，或损坏示波器，或引起电线火灾，此时使用差分探头才是更好的选择。
高压差分探头具有自动保存功能，可防止用户停电后重复工作，具有良好的共模噪声抑制能力，输入端输入阻抗高，电容低，可高速准确测量差分电压信号。
具有声光报警功能，可手动关闭声音报警功能，更人性化设计；USB电源接口，使用更加方便灵活；探头配有标准BNC输出接口，可与任何厂家的示波器配合使用，测量波形测量电路。
应用指南: 探头放大器和探头前端的带宽提升技术
差分探头怎么使用？
什么是差分测量?
电源测试中大多数电压测试是浮地测量，需要用差分探头测试。
什么是浮地测量?
所谓浮地测量，即测量的两个点都不处于接地电位，这是一种典型的差分测量。最苛刻的浮地测量要求源自电源控制电路，如马达控制器、不间断电源和工控设备。在这些应用领域中，电压和电流可能会很大，足以给用户和/或测试设备带来危险。在测量浮地高压信号时，有许多选项可以考虑。每个选项都有自己的优点和缺点。
很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时，刚开机电源产品就“炸机”，甚至示波器也发生损坏。
这是因为示波器探头之间是共地的，在同时测量电源原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一根探头接副边的地，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起，这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头，甚至是损坏示波器。所以，在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头，一侧选用无源或有源单端探头。
图5 差分测量 = 非接地测量
如果您想测量两点之间的电压差，但两点都不“接地”怎么办？您将需要一个没有“接地”连接的探头。这称为差分探头。在这个电路中，中间的电阻两边都不为 0V，所以它是“浮动”的，这意味着如果我们使用单端探头测量它的电压，电路就会接地—儀器会受到损坏！
差分测量 = 非接地测量
你需要一个能很好测量非接地信号的探头。
差分探头的主要优点是高的共模噪声抑制，因为噪声被同时加到两根导线上，然后可以被差分放大器的共模抑制滤波掉。
CMRR共模抑制比是什么意思?
共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，简写CMRR，符号为Kcmr，单位是分贝db)是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共模信号信号的能力。共模抑制比是差分增益(Ad)和共模增益(Ac)的功率比。它意味着在差动探头的输出中会出现多少共模信号。CMRR共模抑制比是差分探头的关键指标。
CMRR共模抑制比公式
其中：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。
在理想情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因此CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR已经被看作非常好了。这意味着将抑制5V的共模输入信号，使其在输出上显示为0.5毫伏。由于CMRR随着频率提高而下降，因此指定CMRR的频率与CMRR值一样重要。CMRR对于测量全桥或者半桥电路的上管驱动波时，显得尤为重要，这也是高压差分探头测量这类信号时的难点。
60Hz 时 80 dB CMRR 是什么意思?
這也就是10000:1的Vout/Vin振幅比，这意味着两个引线共同的1000V, 60hz正弦波共模噪声将减少到100 mV (=1000V * 1/10,000)转移到示波器。
应用指南: 如何焊接示波器探头？
如何防止差分探头防止烧坏示波器？
电源测试中大多数电压测试是浮地测试，需要用差分探头测试。
很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时，刚开机电源产品就“炸机”，甚至示波器也发生损坏。这是因为示波器探头之间是共地的，在同时测量电源原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一根探头接副边的地，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起，这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头，甚至是损坏示波器。所以，在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头，一侧选用无源或有源单端探头。
常见的高压差分探头共模耐压与衰减比有关，影响测试结果。
市面上高压差分探头存在的问题是共模耐压会随着衰减比的变化而变化。
图6 市面上高压差分探头共模耐压和衰减比
这就给上管Vgs的测试带来很大的问题，比如某型号差分探头在100:1的衰减比下差模耐压和共模耐压都是700V，非常适合AC转DC相关拓扑的500V-600V耐压功率器件Vds电压测试。
但是，当我们需要测试Vgs电压的波形时，为了得到更高的测试精度，更小的垂直刻度，需要把衰减比调整到10:1。但在10:1衰减比下，该探头的共模耐压会降低到70V，因此不能用于上管Vgs的测试，如果需要测试上管Vgs电压波形，就只能用100:1，这样会使Vgs的测试结果误差非常的大。
大多商用高压差分探头带宽不到 300 MHz，不能满足测试需求。
随着电源工作频率的不断提高，工程师已经开始采用高频功率开关和整流器技术。从传统平面或沟槽MOSFET开关的上升/下降时间为30ns到60ns发展到超结MOSFET、GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率开关的开关时间不到5ns。为观察如此快速的信号变化，通常需要足够带宽的测量系统。
根据前面对测量系统带宽的介绍，我们知道带宽要足够不仅是示波器的带宽要足够，探头的带宽也要足够。多年来示波器发展迅速，当前实时示波器最大带宽已达到110 GHz带宽，而示波器探头一直是测量系统的瓶颈。
所以，一般示波器带宽不会选错，基本上来说如果是AC转DC的硅基MOSFET管，100 MHz的带宽就够了。如果是IGBT，需要50 MHz到100 MHz带宽。对于低压的MOSFET管（DC转DC）则需要200MHz带宽。如果是SiC材料的测试，带宽一般要200 MHz左右，GaN材料则需要400 MHz的带宽。
我们前面提到的带宽的需求，比如 GaN 需要400 MHz带宽，不是仅仅指示波器的带宽，而是说整个测量系统的带宽，包括示波器、探头、以及延长线。从被测设备到示波器之间的任何一个环节都会影响测试系统的带宽。所以说，如果我们测试系统需要400MHz的带宽，那么我们的探头也至少是 400 MHz 的带宽。遗憾的是，大多数商用的电压差分探头无法在这么高的频率下工作。
GaN材料MOSFET管测试需要高带宽高压差分探头测试。
图7 第三代半导体主要应用范围
GaN 材料主要应用于偏低压应用例如 800 V 以下的应用，像高功率密度 DC/D C电源的 40V-200V增强性高电子迁移率异质节晶体管（HEMT）和600V HEMT混合串联开关。当然现在也有800V以上的一些应用也是用GaN材料的。在这些应用中需要选用高压差分探头进行测试。
SiC 材料测试中高温测试需求增多，需要宽温度范围的探头。
SiC材料主要偏向高压的应用。因其具有承受高温（300℃左右温度是没有问题的）的特点主要应用场景是在汽车和光伏逆变器等领域。这些器件的应用会对整个电源系统有很大的改进。
专为进行精确的高压功率测量而设计高压差分探头DP0001A具有哪些具体性能？
DP0001A 是一款 400 MHz 高压差分探头，专为进行精确的高压功率测量而设计。
DP0001A 具有 2 kV 主电源隔离度或 1 kV CAT III 额定工作电压，可以满足当今 WBG 电力设备测试、功率转换器或电机驱动器的测试需求。DP0001A 探头的特点是带宽高、负载效应低。因此可以精确测量现代开关电源中边沿速度（10％-90％）最快达 1.2 ns 的 1kV 瞬态脉冲。
DP0001A 探头其共模抑制比（CMRR）超过 90 dB，能够显著简化噪声较大的高共模功率电子环境所面临的测量难题。相比传统的IGBT，高压硅基MOSFET等，SiC和GaN宽禁带功率器件具有更快的开关速度，因此也需要更高的测试带宽。DP0001A高压差分探头能够以400MHz的带宽提供2KV的测试电压范围，很好的解决了宽禁带功率器件带来的测试挑战。
高压差分探头和普通探头区别
应用场景不同
普通探头通常由金属探针、连接电缆和示波器接口等部分组成。其内阻是指探头内部对电流流动的阻碍程度，主要由探针的电阻、电缆的电阻以及接口处的接触电阻等组成。普通探头内阻一般在几兆欧姆到几十兆欧姆。普通探头在低频和接地测量中更为普遍，适用于大多数一般性测量应用。
差分探头通常用于高频电路和信号处理，以及需要高精度测量的场合。例如高压差分探头内阻可达数百兆欧姆以上，因为示波器作为测量仪器，不能给它输入过大的电压（一般在示波器的输入口都会标明该款示波器的最大输入电压）。我们都知道，普通探头的比例为10:1，所以当电压比较大时，该电压可能经过10倍衰减后仍大于示波器最大输入电压，那么这个时候，为了保护示波器，我们就需要使用高压差分探头将大电压进行100倍或1000倍衰减，再输入到示波器上。
测量方式不同
普通探头是单通道测量方式，通过一个探头前端和一条引线连接到示波器的输入通道进行测量，适用于单端信号的测量。
差分探头采用双通道测量方式，一个通道连接到待测信号的高端，另一个通道连接到低端，通过计算这两个点的电压差来获取差分信号的信息。这种方式能够有效消除共模噪声和干扰信号，提高测量的准确性和可靠性。高压差分探头是用于测量高电压信号和差分电压信号的，是目前开关电源中常用的工具之一，满足浮地测量要求和隔离的需要。差分探头比普通的无源探头价格高。差分频率很高，可以达百GHz以上的。差分一般都是隔离的，把测量的信号端与示波器实现有效隔离。
性能特点不同
普通探头在低频和接地测量中表现更为出色，但可能在复杂信号和高频信号测量中存在局限性。
差分探头具有较高的抗干扰能力和时序定位精度，能够有效抑制电磁干扰（EMI），并且具有较高的共模抑制比（CMRR），适合测量微弱信号或复杂信号。差分探头两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被很大程度抵消。
为什么差分探头主要是针对浮地系统的测量呢？
差分探头可将任意间的两点浮接信号，转换成对地的信号，以供应示波器、电表、或计算机使用。非常多的电路，尤其是电机电路，含有直流抵补(DC OFFSET) 或交流抵补(AC OFFEST)甚至完全没有对地回路，此时冒然使用示波器将造成触电，或损坏示波器，或造成电线走火，此时唯有使用差分探头才是最好的选择。
电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的“信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳通过使用交流电源设备电源线中的第三根导线地线，将探头地线连到一个测试点上。如果这时使用单端探头测量，那么单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要差分探头进行浮地测量。
示波器有源差分探头和单端有源电压探头性能比较
过去在使用高带宽示波器和有源探头进行测量时，您可以选择单端探头，也可以选择有源差分探头。一般是用单端探头测量单端信号 ( 对地电压 )，用有源差分探头测量差分信号 ( 正电压－负电压 )。虽然也可以只买差分探头，用差分探头测量差分信号和单端信号，但出于一些实际考虑，多数人并不这样做。理由是，与单端探头相比，差分探头通常价格更高和更难以使用，而且带宽更小。
Keysight InfiniiMax 探头系统既可用于差分检测，又可用于单端检测，从而很大程度上排除了过去拒绝使用有源差分探头的理由。新的探头系统使用可更换的探头前端，这些前端特别适用于手动点测、插孔连接和焊入连接等测量方式。
对于这种新的探测方式，您需要确定是用有源差分探头还是单端探头测量单端信号。为作出最好的决定，您需要考虑差分探头与单端探头在性能和可用性方面的优缺点。
我們將在如下几方面比较了有源差分探头和单端探头的性能和可用性的优缺点 :
– 带宽、保真度和可用性 – 共模抑制 – 输入负载 – 测量可重复性 – 物理尺寸
图 7. 有源差分探头和单端探头的简化模型
我们用简化模型 ( 图 7) 帮助比较，并用 Keysight 1134A 7 GHz 探头放大器配合焊入式差分探头前端和焊入式单端探头前端测量数据。这两种探头前端的物理连接尺寸非常接近，因此它们的性能差别主要是因为差分和单端电路元件的布局造成的。图 8 和图 9 是这些探头的照片。
为测量探头性能，我们使用 Keysight E2655C 偏移校正 / 性能验证夹具、Keysight 矢量网络分析仪和 Keysight Infiniium DCA 采样示波器。
有源差分探头和单端探头的性能带宽、保真度和可用性比较
如前所述，单端探头的带宽通常比有源差分探头更高。但这一结果是源自某些基本物理定律，还仅仅是源自不同体系结构的实际实现方法？
为回答这一问题，让我们考虑图 7 所示的有源差分探头和单端探头连接中寄生参数的简化模型。由于单端和差分探头前端的几何尺寸大致相同，因此电感和电容参数的量值也相当。如果接地连接使用又宽又平的导体( 就像“刀片”)，单端探头的接地电感(lg)会稍低一些，但也低不到哪里去。应注意有源差分探头在其两个输入上都有补偿阻尼 (tip resistor)，而单端探头只在信号输入上有补偿阻尼，地线上没有阻尼 ( 在实际探头中是 0 Ω 电阻器 )。这些补偿阻尼用于消除输入连接中电感器 (Ls) 和电容器 (Cs) 所造成的谐振。
从对单端模型的分析，可看到带宽决定于电感值和电容值，其中对地电感 (lg) 非常重要。
在较高频率下，对地电感会在器件接地与探头接地之间产生一个电压，从而减小探头衰减器 / 放大器输入端上的信号。您可通过减小对地电感来增加带宽。这需要缩短接地线的长度，或增加连接的面积。理想的接地线应是非常短、又比较宽的导体平面或围绕信号连接的环形圆柱体 ( 形成同轴的探头连接 )。在实际测量条件下，理想的接地线通常是不存在的，而且会大大降低单端探头的可用性。
图 8. Keysight 1134A 单端焊入式探头前端 ( 上 ) 和差分焊入式探头前端 ( 下 )
图 9. 开盖的单端 ( 上 ) 和差分 ( 下 ) 焊入式探头前端
图 10. 有源差分探头和单端探头的频率响应
此外，给出同轴夹具中的单端探头的技术指标是没有用的，因为在实际测试中，您基本上无法采用这种方式来测量。
如果您分析由差分信号 (vcm=0，vp=vm) 驱动的差分模型，就会看到由于正负信号连接的固有对称性，在连接间就会存在一个没有净信号的平面。您可将这个“有效的”地平面视为牢固地接到器件的地平面和探头放大器的接地端。考虑到有效地平面的存在，即可分析半电路模型，此时信号地的环路面积近似为单端环路面积的一半，所以电感要低得多。从半电路模型分析可以看到，差分模型的带宽要远高于单端模型。此外，有效地平面是理想的接地连接，而且毫不影响其可用性。
当有源差分探头受单端源驱动时，您可用叠加法确定总响应。当 vcm = vp = vm 时，在电路中施加单端信号。对于叠加的第一项，把 vcm“关闭”；对于叠加的第二项，把 vp 和 vm“关闭”。第一项是单端信号差分部分的响应，因此该响应和前面的讨论一致。第二项是单端信号共模部分的响应，因此其响应决定于探头的共模抑制。如果探头有良好的共模抑制能力，那么对单端信号的总响应就只是对单端信号差模成分的响应。如果探头的共模抑制不好，就会看到测量差分信号和测量单端信号的响应差异。从图 10 可以看到，这些响应实际上并无差别。
图 10 显示了用有源差分探头检测单端信号 ( 绿色 ) 和用单端探头检测单端信号 ( 蓝色 ) 的频率响应，两者都使用同样的 7 GHz 探头放大器。探头的带宽定义为探头输出幅度相对输入幅度下降到 -3 dB 处的频率。显然，有源差分探头前端的带宽要比单端探头前端高得多(7.8 GHz 对 5.4 GHz)。这两种探头因为在连接中使用了正确的阻尼电阻，所以都有很高的频率平坦度。
图 11 显示了对于输入约 100 ps 上升时间的阶跃信号，有源差分探头所测得的时域响应。图 12 显示了对于输入约 100 ps 上升时间的阶跃信号，单端探头所测得的时域响应。在这两个图中，红色轨迹是探头的输出，绿色轨迹是探头的输入。应注意这不是探头的阶跃响应，而只是测量它们能在多大程度上跟踪 100 ps 的阶跃信号。为测量阶跃响应，输入必须是非常完美的、有极快上升时间的阶跃信号，此时有源差分探头能显示出比单端探头更快的上升时间。这两种探头都能很好地跟踪 100 ps 的阶跃信号。
图 11. 有源差分探头测量 100 ps 阶跃信号的时域响应
图 12. 单端探头测量 100 ps 阶跃信号的时域响应
有源差分探头和单端探头的性能共模抑制问题
共模抑制是有源差分探头和单端探头都存在的问题。对差分探头来说。共模抑制使加至 + 和 - 探头输入的相同信号不产生输出。对单端探头来说，共模抑制使加至信号输入和接地输入的相同信号不产生输出。
有源差分探头和单端探头模型 ( 图 12) 显示了从探头衰减器 / 放大器接地到“大地”的电阻和电感。这是由探头电缆屏蔽层和大地构成的传输线 ( 或天线 ) 所造成阻抗的简化模型。这一“外模式”阻抗是非常重要的，因为在单端探头上施加共模信号时，地电感就与该外模式阻抗构成分压器，从而衰减了放大器得到的地信号。由于放大器的信号输入没有得到与地输入同样的衰减，这就在放大器的输入端造成一个净信号，并由此产生一个输出。地电感越高，共模抑制就越低，因此您在使用单端探头时，务必使地线尽可能短。还应注意该外模式信号并不直接影响“内模式”信号 ( 即同轴电缆内的正常探头输出信号 )，但反射的外模式信号将影响探头放大器的地，从而间接影响内模式信号。“测量可重复性”部分对此有进一步的说明。
当共模信号施加至有源差分探头时，在 + 和 - 输入端至衰减器 /放大器上可看到同样的信号。所产生的输出将由放大器共模抑制决定，而并非由连接电感造成。
图 13. 差分探头和单端探头的共模响应
当您检测含有共模噪声的单端信号时，需要确定是有源差分探头还是单端探头有更好的共模抑制能力。这取决于单端探头的接地连接电感，以及有源差分探头中放大器的共模抑制能力。对于本例中的差分和单端探头前端，图 13 显示有源差分探头的共模抑制要比单端探头高得多，因此在高共模噪声环境中能够进行更好的测量。这是两种探头最常见的情况，除非单端探头有极低电感的接地连接，但这在现实中是难以实现的。应注意这里分析的单端探头，其共模抑制能力远好于其他许多单端探头，因为它的地线很短。
什么是共模响应?
图 13 中的共模响应定义为 :
差分共模响应 = 20[log(voc/vic)]这里 vic 是 + 和 - 输入的公共电压 Voc 是施加 vic 时探头输出处的电压
单端共模响应 = 20[log(voc/vic)]这里 vic 信号输入和地输入的公共电压 voc 是施加 vic 时探头输出处的电压
图 14. 有源差分探头和单端探头的输入阻抗
有源差分探头输入负载效应比较
如果您用有源差分探头前端和单端探头前端的电感和电容值分析图 13 中的电路模型，您将发现从单端源看过去的各探头前端输入阻抗没有多少差别。分析的另一方面是了解外模式阻抗如何影响差分和单端探头。在单端探头放大器模型中，外模式阻抗要比接地连接阻抗高得多 ( 由于存在 lg)，因此它对输入阻抗并没有明显影响。但由于存在外模式阻抗，进入差分探头的单端信号将看到较高频率比较低频率有略低的容抗值。
图 14 是有源差分探头和单端探头的输入阻抗 ( 幅值 ) 图。红色轨迹是施加差分源时所看到的差分探头阻抗。绿色轨迹是施加单端源时看到的有源差分探头阻抗，蓝色轨迹是施加单端源时看到的单端探头阻抗。图 14 中标注了这三种情况的直流电阻、电容和最小电感值。应注意有源差分探头和单端探头对单端信号的输入阻抗很类似。有源差分探头和单端探头的性能测量的可重复性
测量的可重复性是与高频探头相关的问题。在理想情况下，探头位置、电缆位置和手的位置都不应造成探头测量结果的变化。但许多情况下都并非如此。通常的原因是外模式阻抗的改变。这一阻抗实际上远比所示的探头模型复杂，因为探头、手和电缆位置都会给未经屏蔽的传输线 ( 或天线 ) 造成极大的影响。
如果您通过改变外模式阻抗分析单端模型，就会发现它可以导致响应变化。此外，由于外模式阻抗也是共模响应中的一个因素，因此该阻抗的变化也会造成共模抑制的变化。接地连接的阻抗越高，响应的变化就越大。
通过改变外模式阻抗分析差分模型，可以发现这一变化只引起很小的响应变化。在探头放大器地上出现的任何信号都会受到放大器的共模抑制。因此，由探头、手和电缆位置引起的响应变化可得到很大的衰减。从图 10 中可以看到，有源差分探头的响应要比单端探头平滑得多。单端探头响应中有许多由外模式阻抗的变化所造成的“扰动和扭曲”。当阻抗变化时，响应也随之变化。探头电缆上的铁电磁珠能通过衰减和限制外模式信号来减小外模式阻抗的变化量，从而缓解这一问题。它能减小探头、手和电缆位置造成的响应变化。
有源差分探头和单端探头的性能物理尺寸考虑
通过前面对有源差分探头和单端探头的比较，可以看到不管是检测差分信号，还是检测单端信号，有源差分探头在各方面的性能都优于单端探头。但有时仍可考虑使用单端探头。单端探头在许多测量情况下能够提供可接受的结果，此外价格较低，而且由于探头前端较为简单，因而体积也较小。从物理上考虑，小探头能伸入到狭窄的地方进行探测，也能把多个探头接到非常密集的被测点。因此在一个探测系统中，探头最好是既能作差分检测，又能作单端检测。
总结
由于地跳、串扰和 EMI 问题，电子行业正在用差分信号取代单端信号。对于在这一新领域中使用的测量设备，差分检测是必不可少的要求。因为有源差分探头中信号连接之间的有效地平面比单端探头中的大多数实际地连接 ( 非同轴 ) 更为理想，所以差分探头对单端信号的测量比单端探头更好。新一代差分探头易于使用、性能高、价格低，您可用它们来检测差分信号和单端信号。
更多信息：示波器探头系列焊接指南
是德科技 www.keysight.com.cn
