在信号测量领域，探头作为引入信号的关键工具，不同类型的探头适用于不同的测量场景。测量时，很多情况下都能直接用厂家送的探头解决问题，那厂家力推的差分探头有必要买吗？

一、探头类型概述

1、高阻无源探头目前，我们随设备送的探头都是高阻无源探头，它成本低，很耐造，是测量新手的首选。但是，

它同时具备了带宽低、电容大、地环路大等劣势，在高速信号、精密测量等领域还是略显心有余而力不足。

      2、有源单端探头

这时候，就该上有源探头。有源探头里面又分单端、差分等。

      有源单端探头理解起来其实很简单，它弥补了赠品探头的劣势，带宽更高，电容更小，虽然静电敏感、动态范围低、校准又麻烦，属于是和高阻无源探头优劣极限一换一，但对于高速信号测量可以手拿把掐了。

二、差分探头的独特优势

这么一看，高阻无源探头的劣势都已经被弥补了，差分探头好像没有存在的意义了吗？

        有源单端探头确实弥补了高阻无源探头的劣势，但这两种探头的测量核心目标，都是“信号对地电压”，它们的互补，只是在这同一个目标下的互补。

      而差分探头的测量目标则是“两路信号的电压差”，采用双绞对称走线，正负信号线长度、阻抗严格匹配 。

      比起一定要有个“参考地”的测量，思路可谓格外不同。

      要实现这个能力，差分探头并不是采用一路信号线、一路地线的走线方法，而是将正负信号线通过长度、阻抗的严格匹配，采用双绞对称走线来实现。信号测量的路径分别通过探头正端、副端进入其内部的差分放大器，再进入示波器进行显示。

而差分探头这种独特的走线方式，也为其带来了非常多的优势。

1、有效抑制EMI

首先，差分探头能有效抑制EMI，在传输信号时，两根信号线不同的极性会使其对外辐射的能量互相抵消一部分，从而有效降低EMI，如果周围环境电磁敏感，那么差分探头能降低干扰。

2、降低对工艺波动和温度变化的敏感性

其次，相较于单端信号依赖高低电平阈值进行判断的方式，差分信号的开关切换由两路信号的交叉点触发，这一机制显著降低了对工艺波动和温度变化的敏感性，减少了时序误差，同时在小幅度信号场景中展现出更强的适应性。

3、浮地测量更安 全

此外，差分探头还能让浮地测量变得更加安全。我们之前讲过，当被测电路负极对地电压不为零时，单端测试会导致地线和负极短路，从而无法测量。而差分探头由于不引入对地回路，能更安 全地进行差分测量。而这，在广泛采用浮地元器件的电源行业，可谓重中之重。

4、共模抑制比更大

如果不理解共模抑制比，可以先放一边。你先设想一下，如果外界的电磁辐射等干扰对差分探头产生噪声影响，由于差分探头双绞线长度、阻抗均匹配，那么这些干扰会高度一致地在两条信号线上分布，从而在接收端通过“相减”而被抵消，这就是差分探头扛共模干扰的能力更强、共模抑制比更高的现实表现，也就是它，测得更准。

三、实验验证

我们可以通过仪器来做一个不那么严谨的实验对比一下A-B和差分探头的差距。

选取鼎阳科技SDS3000X HD系列数字示波器和SDG2000X任意波形发生器作为实验仪器。我们采用任意波形的通道1和通道2均输出直流1V的直流电信号。其相减，其蕞大值应该等于0V。

      先采用A-B法进行测试。用两根高阻无源探头将信号接入示波器的通道一和通道二，打开数学运算，设置通道一减通道二，并进行蕞大值测量，测量结果为20mV左右。

      再采用差分探头进行测量，其中，正极探针接在通道1上，负极探针接在通道2上，并进行通道一蕞大值测量，测量结果为4mV左右，差距很明显。

      当然，由于任意波形发生器本身不是追求极 致功率精度和稳定性的仪器，示波器自己内部也还存在噪声、误差等，这个实验只能说博您一笑，只要能您领会到我的意思就行。

说回共模抑制比，它用于表征差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，简单粗暴地理解，就是对两个输入端电压差，即差模电压的增益，比上两个输入端对地电压平均值，即共模电压的增益的比值。

列公式来看即：

CMRR=倍数*（正-负端口电压差）/倍数（正端口对地电压+负端口对地电压）/2

      显然，差模增益越大，共模增益越小，共模抑制比就越大。而当差分探头的双绞线完全对称时，由于相减抵消，这个共模电压的增益会变成0，导致导致共模抑制比变为无穷大，这是差分探头的理想情况。当然，现实生活中我们无法真正地做到电路完全对称，所以蕞终，还是会有共模电压留存，也就是我们刚才实验中测试出来导致结果非零的电压。

四、结论

总结一下，差分探头一共有四个优点：EMI小、时序精准、浮地测量安全、共模抑制比大。此外，差分探头下面也分为两类，有源差分探头和高压差分探头，他们具有以上四个优点的共性，但也有差异，以应对于不同的场景。

有源差分探头的带宽可以做到很大，几个G那是轻轻松松，对于高速信号测量更常见，但是动态范围很小，对于大电压是“无能为力”的。

而高压差分探头的带宽通常不会做的太大，100MHz已经是很努力啦，但是通常能接受kV以上的高压，在开关电源等领域中应用十分常见，工程师可根据实际需求选择合适的探头。

来源：鼎阳科技

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