示波器的差分信号测量

差分放大器和探头的类型
内置差分放大器。很多示波器都能够用内置的功能进行最简单的差分测量。这种方式叫做“chanel A － chanel B”（通道A 减通道B）方式或者“准差分”方式。虽然性能上受到限制，这项技术还是适合一些测量的需求的。为了进行差分测量，要使用两个垂直通道，一个用于正输入，一个用于负输入。用于负输入的通道被设置成反转方式，显示方式则设置为“ADD Channel　A + Channel B”（通道A 加通道B）。为了正常工作，两个输入必须设定在相同的标度系数，两个输入探头也必须是同型号的。现在显示器上出现的就是两个输入端的差电压。
为了获得最大的CMRR，两个通道的增益应当匹配。这不难做到，只须将两个探头连接到方波信号源并使信号源的振幅保持在设定的“电压/ 分度”的动态范围之内（大约±6 分度）。将一个通道的增益方式设置为“uncalibrated - variable”（非校准－可变），并调节可变增益控制旋钮直到显示的波形成为平直的轨迹。这项技术的主要局限性在于其共模范围比较小，这是示波器垂直通道的动态范围造成的。一般来说，其值小于“电压/分度”设定值的10 倍（相对于地）。只要VCM > VDM，获得了差分结果的这种工作方式就可以认为是从两个大电压中提取了小差值。
在模拟信号数字化以后，大多数数字存储示波器是在数字域中完成波形的数学分析。在减掉了共模信号之后，模数转换器有限的分辨率常常不适于检查所得到的差分信号。由于两个通道的交流增益没有精确地匹配，高频的CMRR 相当低劣。
这项技术适用于共模信号的振幅等于或低于差模信号，以及共模成分为直流或低频（如50 或60 Hz 的供电线）的情况。在测量中等幅度的信号时，这项技术可以有效地消除接地环路。

高电压差分探头。最近，市场上出现了高电压有源差分探头。一种采用固定衰减（带可变换差分增益）的新的拓扑可以使这些探头在所有的增益设置上保持其全部的共模范围。这种单一的衰减器大大降低了复杂程度从而减少了用户的成本。
这种探头为测量线连电路（通常用于开关电源、功率变换器、电动机、电灯镇流器等）提供了费用合理而又安全的方法。由于共模范围高达1,000 V，这种探头就不需要极其危险的“浮动示波器”的做法。最近，工作场所意外伤害监控组织，如美国的OSHA（职业安全和健康条例），强化了他们对设备接地的检查，违者将课以高额罚款。
除了安全上的好处之外，这种探头还可改进测量质量。一个明显的好处是能够充分利用示波器的多个通道来同时观察涉及不同电压的多个信号。由于这是真正的差分探头，故两个输入端均为高阻抗，即高电阻和低电容。浮动示波器和隔离器不具有平衡式的输入。参考点（探头上的“接地”夹）有相当大的对地电容。参考点所连接的任何源阻抗在快速共模跃迁过程中都会承受负荷，并使信号衰减。

图10. 即便示波器处于“浮动”状态，寄生电容也会形成交流分压器从而增加测量的误差。注意：回动的探头引线会给栅极增加>100 pF 的电容，有可能破坏电路。

更有甚者，高电容还可能损坏某些电路（参见图10）。将示波器的公共端接到逆变器上部的栅极可以使栅极驱动信号滞后，阻碍器件的关断并破坏输入桥。这种故障通常还会在工作台上出现小火花，很多功率电子器件的设计人员都可以作证。
使用平衡的低输入电容的高压差分探头，可以用任何引线安全地探测电路上的任一点。
高增益差分放大器。高增益差分放大器经常属于外接附件，可以使示波器测量幅度极低的信号，甚至小到几个微伏。为了避免因接地环路和接地梯度效应造成的破坏，这些信号总是以差分方式进行测量的，即便它们是以地为参考。当源不以地为参考时，共模信号可以比有用的差模信号大几个数量级。为了克服这个问题，这些放大器的CMRR值极高，经常达到1,000,000:1 或者更高。
有些高增益放大器还具有可以改善低幅度测量完整性的附加功能。可选的低通滤波功能可以使用户从低频信号中去除频带外噪声。差分偏移功能可用于消除引入到输入配线或传感器桥的偏置电压中的伽伐尼电位。为了能用于高驱动阻抗的信号源，有些型号还允许用户将输入设定在几乎无限大的阻抗上。
对任何差分放大器来说，通道增益最轻微的不匹配都会使放大器的高CMRR值大大降低。当应用中需要使用示波器探头时，只能使用相同的非衰减模式（1X），因为衰减的探头可能匹配得不够好，不足以保持CMRR 值。
高性能差分放大器。带有插入式放大器的示波器的出现使得高性能差分放大器的使用成为可能。这种放大器综合了许多特性，适合于多种应用。校准的偏压补偿可以使该放大器用于单端模式，其轨迹可以参考距地几千个分度的位置。
这样就有可能精确地测量电源中的波纹谷值以及功率放大器的净空度。最先进的高速钳位电路能使放大器从超标几百倍的输入过载中迅速恢复。这就提供了直接测量放大器和DAC电路的稳定时间的可能性。