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

但要注意 - 危險潛伏著
使用示波器時，電壓測量變得有點棘手。這是因為示波器幾乎總是采用單端（SE），接地參考輸入（圖1）。每個測量通道共享這個公共接地參考 - 它是BNC的外套。因此，示波器通常測量相對于地面的幅度。

圖1：比較單端（SE）和差分輸入級 單端，地面參考探針的問題可視化。

這聽起來可能不是一個重要的功能差異，但它會產生重大影響。最值得注意的是，在不小心的情況下，探測電路可能會無意間造成短路。考慮到接地的SE探頭通常在內部直接連接到設備機箱，然后通過電源線連接到地。這是一種具有重要安全益處的低阻抗通路。這比通過有機物質找到通過地面接地的大電流更好，這不利于阻礙。像奇怪的測試工程師一樣。 使用標準SE探頭探測電源電路的較高電壓節點，結果通常會產生火花或系統因過流事件而快速關閉。你甚至可能沒有開始探測。即使事先，一個不適當放置的接地鱷魚夾也會導致短路！

浮動到安全 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行電壓測量？ 答案在于消除通往地面的道路。圖1顯示了一個簡化的差分輸入級（右側）。輸入“浮動”，確保探針之間的任何電位差都是可測量的。由于沒有低阻抗接地路徑，因此不可能出現短路。 在標準范圍內模擬差分測量的最簡單方法可能是利用示波器的數學函數。這些可以應用于通道對。將SE探頭連接到兩個通道（比如通道1和2），然后將它們的接地夾短接在一起，同時確保它們在被測設備（DUT）附近不會偏離。你仍然需要避免潛在的短褲！最后，通過從通道1中減去通道2，您將在屏幕上觀察到偽差分結果。 請注意，這是以丟失頻道為代價的！同樣不希望的是，該系統中的任何電壓誤差都是相加的 使用兩個通道進行單個偽差分測量意味著兩個誤差會逐漸增加 - 使其影響加倍。 傳統上，到目前為止，最優雅（但相當昂貴）的浮動輸入方式是購買差分探頭。真正的差分輸入級對于抑制兩個輸入端同時存在的電壓變化很有價值（稱為共模噪聲 - 圖中的V CM）。這是一個有價值的屬性，特別是在存在大量電噪聲的情況下探測敏感電路時 - 通常是電源和電機驅動器。圖2通過清晰的跡線（V SIG）說明了這種好處，即感興趣的信號，即使面對相當大的共模干擾，也顯示出穩定性。

圖2：拒絕共模噪聲

一臺PC示波器簡化了差分測量
有源差分探頭比其無源SE同類產品具有更高的性能。高共模抑制與低輸入電容相結合。這減少了電路負載和噪聲，以發現更多的真實情況。幫助你看到差異。現在，在了解了差分輸入的好處之后，您可能想知道為什么它們在示波器上沒有被廣泛使用。為什么它們是附加功能？

PicoScope 4444

再看看了 除了明顯的安全優勢外，即使在傳統SE探頭無效的低壓電路中，您也可以提取重要信息。典型的應用程序是任何具有重要浮動節點的應用程序，一旦鱷魚夾咬傷，這些浮動節點本身就很容易被地面返回環路折疊！順便提一下，存在許多系統，其中顯著的共模噪聲使得SE測量無用。 考慮所示的簡單嵌入式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。這是一個復雜的圖像，因為電感電流是由幾個因素決定的; 即V IN，V OUT和靜態直流負載電流的絕對值。它是一個有趣的差分測量測試案例。 SL9120是一種多模轉換器集成電路（IC），能夠進行降壓，升壓或直通操作。四個內部IC開關環繞電感（圖3b），確定電流。考慮到所有開關組合，很難解除電感器兩端出現的瞬時電壓（LX1和LX2）。除此之外，還有各種開關模式，使觸發變得復雜，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，可增強任何工程師的工作臺。此外，可以使用簡單的BNC到D型適配器，以便在需要的時候使用傳統探頭。但PicoScope 4444的優雅源于消除麻煩的接地環路。一個小小的創新步驟，有助于避免令人震驚的短路，平息各地工程師的神經。