示波器探頭基礎(chǔ)入門指南(上)

這里要介紹幾個概念，以便大家能夠更好的理解共模抑制比CMRR。

共模（Common Mode）：差分信號兩端具有相同幅度和相位的信號成分，用表達式表示為Vcm =（Vin+ + Vin-）/2.

由于理想的Vin+、Vin-幅度相同，相位相反，所以二者相加應(yīng)該為零。但在實際工作環(huán)境下，Vin+、Vin-上會疊加上噪聲干擾Vnoise。由于Vin+、Vin-所處環(huán)境相同，因而在二者上疊加的噪聲也往往相同，所以由CM表達式可知：CM = Vnoise.

差模（Differential Mode）：差分信號兩端不同的信號成分，用表達式表示為Vdm = Vin+ - Vin-.

共模抑制（Common Mode Rejection）：差分放大器對共模信號的抑制能力，即差分放大器的一項主要能力是對Vnoise進行抑制消除。如果共模電壓Vcm經(jīng)過差分放大器的增益為Acm，差模電壓Vdm經(jīng)過差分放大器的增益為Adm，則我們可以用共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio）即CMRR來表示共模抑制能力，其表達式為：

CMRR = Adm / Acm

舉例如下圖：差模信號Vdm幅度為1V，經(jīng)過差分放大器后幅度為2V，即Adm = 2. 共模信號Vcm幅度為4.5V，經(jīng)過差分放大器后幅度抑制為0.45V，即Acm=0.1. 因此，CMRR =2 / 0.1 = 20：1 = 26dB。

圖14 差分信號測試舉例

對于理想的差分放大器而言，我們希望其完全抑制共模信號，從而消除噪聲Vnoise對差分信號測量的影響。對于一般的差分信號測量而言，20dB的CMRR已經(jīng)足夠，而R&S RT-ZD40的CMRR可達50dB，性能非常優(yōu)異。

圖15 R&S RT-ZD40有源差分探頭

值得一提的是，R&S的有源單端探頭和有源差分探頭上都配備了MicroButton多功能按鈕和ProbeMeter探頭計功能。其中，MicroButton是位于有源探頭前段的一個微型按鈕，用戶可以在測試時很方便的按動按鈕，從而執(zhí)行對示波器的特定控制（可自定義），如：自動設(shè)置、默認設(shè)置、單次運行、連續(xù)運行等。

圖16 MicroButton多功能按鈕

ProbeMeter則是集成在有源探頭前端的16位DC電壓計，可用來直接在探頭點處測試直流電壓，這與其他廠家使用探頭捕獲波形然后輸送到示波器，進而對波形進行測量得到DC數(shù)值的方案完全不同。很顯然，ProbeMeter摒除了探頭傳輸?shù)氖д嬗绊?，從而具備?.1%的高精準度。在使用差分探頭時，可以借助此功能方便快捷查看單端、共模、差模電壓數(shù)值。

圖17 ProbeMeter探頭電壓計

有源差分探頭可用于絕大多數(shù)較小幅度差分信號的測量，但對于幅度達上百甚至上千幅的高壓差分信號而言，有源查分探頭就顯得力不從心了。此時我們只能借助于高壓差分探頭的幫忙，相對于一般差分探頭而言，高壓差分探頭具有更高的動態(tài)范圍，能夠承受更高的電壓。

圖18 R&S RT-ZD01 ±1400V 高壓差分探頭

高壓差分探頭相對于無源高壓探頭而言價格昂貴，因此有用戶在測試高壓差分信號時會選擇將示波器的電源接地線剪斷，使示波器“浮起來”進行測試，這是非常危險的，一定要杜絕此類行為。我們將在第二部分詳細說明。

電流探頭嚴格意義上說也屬于有源探頭的一種，幾乎所有的電流探頭在使用過程中都需要供電。電流探頭主要分為三類：AC（僅能測試交流電）、DC（僅能測試直流電）、AC+DC。而目前大多數(shù)電流探頭都具備了AC+DC的測量功能。