如何使用示波器探头对被测电路进行检测

       对电路信号进行检测之前首先要知道被测电路是什么电路，被测信号是什么信号。盲目地测试或者使用不正确的测量方法，有可能得到错误的波形甚至损坏仪器危及安全。

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什么是差分信号？什么是单端信号？

 

       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等，极性相反，相位相差180度。那么，在这两根线上传输的信号就是差分信号。差分传输的特性意味着差分信号就是成对出现的信号。同时，因为成对存在的关系，差分信号的两条信号传输线可以互为参考点，也可以在电路系统上以系统地作为参考点。因此，准确测量差分信号的幅度、相位和频率是非常重要的。

     单端信号是指只用一根导线或者一条线路传输的信号，一般取电路系统地作为它的电压参考点。这也可以理解为单端信号就是在同一条线路上传输的，与系统地之间的电势差。

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为什么有些信号采用差分传输方式，不采用单端传输的方式？

 

       相比于单端传输而言，差分传输抗干扰能力更强。因为差分传输两条线路紧挨着，干扰噪声几乎在同时等值的被加载到两根信号线路上，我们可以看作差分传输两条线路收到的干扰信号其差值为0，即，噪声对差分信号的逻辑意义不产生影响。单端传输因为其参考点为系统地，那么这个干扰噪声的影响会直接反馈到信号接收端。

      差分传输的方式减小了潜在的电磁干扰（EMI）。由于两条信号传输线路靠得很近且信号幅值相等，这两条信号传输线路与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，使得其所产生电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。

       差分传输方式时序定位更准确。差分信号的接收端可以根据两条信号传输线路幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点。而单端信号通常以电压阈值作为信号逻辑0/1的跳变点，单端传输受电压阈值与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

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示波器探头

 

       示波器探头不仅仅是把测试信号连接到示波器输入端的一段导线，它更是测量系统的重要组成部分。示波器探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件，可以提供衰减或放大能力；不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。

       目前使用最为广泛的就是无源探头，无源探头以其经济性和耐用性深受用户的喜爱，PINTECH品致的CP系列探头就是这一类型的探头。

       示波器差分探头是一种专为测量差分信号而设计的探头。它通常由两个探头组成，分别连接到差分信号的两条传输线路上。示波器差分探头能够将这两个信号相互抵消（共模抑制），只留下差分信号进行测量。例如PINTECH品致的有源差分N、DP系列探头，用于高压的高压差分PT-5000系列探头，都是不错的选择。

       除了测量电压的探头之外，测量时对于电流探头的应用也不少。PINTECH品致的交流测试环PT7802/7803可以看作是无源的电流探头，其次，PINTECH品致还有各方面测量电流的探头，大电流、小电流、高频、低频等等。

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使用示波器探头的步骤

 

       1. 确认探头型号及规格符合探测要求，确认测试信号在探头参数范围内，超过测试范围会导致测试设备损坏，因此在进行测量前应当进行确认。

       2. 连接示波器探头。将探头的BNC接线端接到示波器上，接地引线连接到信号的系统地引脚上，无源探头探测端钩住所需测量的单端信号引脚，差分探头则将两个信号引脚连接到差分信号传输线路上。

       3. 设置示波器的触发菜单。根据实际需求，选择适当的触发方式。以PINTECH品致示波器MDO704为例，设置示波器触发方式如下：单触类型如边沿触发（如图）、脉宽触发等，要注意选择信源（触发通道）及触发时间、触发大小（如图右方黄色三角形）一般取整个波形峰峰值的一半、耦合方式（直流耦合或交流耦合），斜率即（上升沿触发或下降沿触发），最后是抑制模式，连续的周期信号可以选择自动触发，脉冲的瞬时信号可以设置正常触发或者单次触发。

      4. 调整示波器的垂直和水平缩放（即V档和S档）。根据差分信号的幅度和频率，调整示波器的垂直缩放和水平缩放，确保测量结果准确可靠。一般取上下各占四格，周期信号显示两个完整周期为佳。

       5. 进行信号测量。可以根据实际需求，设置所需测量的数据，如上图所示，可以点击测量，选择所需测量的数据内容，如峰峰值，频率等，再选择测量的通道，最后点击添加测量。观察信号的波形和特征，再结合示波器测量出来的数据，对测量出来的结果进行分析。

 

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使用示波器探头的一些技巧和注意事项

 

       1. 使用保护电阻。差分探头的引脚可能存在电压过高的风险，因此使用保护电阻可以有效避免引脚损坏。

       2. 接地方式的影响。不管单端信号还是差分信号的测量都对接地非常敏感，不同的接地方式可能会对测量结果产生影响。

       3. 校准差分探头。定期校准差分探头可以确保测量结果的准确性和可靠性。

       4. 注意信号传输线的长度和阻抗匹配。差分信号的传输线应具有相同的长度，并保持合适的阻抗匹配，以避免信号失真。

       5. 避免电磁干扰。在进行测量时，应尽量避免电磁干扰的环境，并注意屏蔽探头和信号线，以保证测量信号的纯净性。在理想情况下，探头位置、被测线路位置和手的位置都不应造成探头测量结果的变化。但在大多数情况下都并非如此，探头、手和被测线路位置都会给未经屏蔽的传输线造成很大的影响。

       6. 对精度要求不高的差分信号，在只有无源探头的情况下，可以使用双对地测量的方式进行测量，既对差分信号的两条信号传输线路分别进行单端信号测量，再对波形进行互减，就得到差分信号的输出波形，在有互减功能的示波器上，可以比较方便的显示出差分波形。

      7.电流探头因为工作时磁芯会发热的缘故，因此要注意控制测量时间，连续测量的时间不能过长，否则可能会导致磁芯过热影响精度，甚至会损毁电流探头。

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谈论与思考：

 

       由于存在地弹噪声、串扰和电磁干扰的问题，在条件允许的情况下，逐渐的会有更多人选择使用差分传输的方式来代替单端传输，差分检测也将会成为必不可少的内容与要求。有源差分探头中信号连接之间有效地平面较之大多数无源探头更为理想，他对单端信号的测量是否也会比无源探头更好呢？有源差分探头是否会成为未来更为主流的测量工具呢？