示波器探头基础入门指南(上)

这里要介绍几个概念，以便大家能够更好的理解共模抑制比CMRR。

共模（Common Mode）：差分信号两端具有相同幅度和相位的信号成分，用表达式表示为Vcm =（Vin+ + Vin-）/2.

由于理想的Vin+、Vin-幅度相同，相位相反，所以二者相加应该为零。但在实际工作环境下，Vin+、Vin-上会叠加上噪声干扰Vnoise。由于Vin+、Vin-所处环境相同，因而在二者上叠加的噪声也往往相同，所以由CM表达式可知：CM = Vnoise.

差模（Differential Mode）：差分信号两端不同的信号成分，用表达式表示为Vdm = Vin+ - Vin-.

共模抑制（Common Mode Rejection）：差分放大器对共模信号的抑制能力，即差分放大器的一项主要能力是对Vnoise进行抑制消除。如果共模电压Vcm经过差分放大器的增益为Acm，差模电压Vdm经过差分放大器的增益为Adm，则我们可以用共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio）即CMRR来表示共模抑制能力，其表达式为：

CMRR = Adm / Acm

举例如下图：差模信号Vdm幅度为1V，经过差分放大器后幅度为2V，即Adm = 2. 共模信号Vcm幅度为4.5V，经过差分放大器后幅度抑制为0.45V，即Acm=0.1. 因此，CMRR =2 / 0.1 = 20：1 = 26dB。

图14 差分信号测试举例

对于理想的差分放大器而言，我们希望其完全抑制共模信号，从而消除噪声Vnoise对差分信号测量的影响。对于一般的差分信号测量而言，20dB的CMRR已经足够，而R&S RT-ZD40的CMRR可达50dB，性能非常优异。

图15 R&S RT-ZD40有源差分探头

值得一提的是，R&S的有源单端探头和有源差分探头上都配备了MicroButton多功能按钮和ProbeMeter探头计功能。其中，MicroButton是位于有源探头前段的一个微型按钮，用户可以在测试时很方便的按动按钮，从而执行对示波器的特定控制（可自定义），如：自动设置、默认设置、单次运行、连续运行等。

图16 MicroButton多功能按钮

ProbeMeter则是集成在有源探头前端的16位DC电压计，可用来直接在探头点处测试直流电压，这与其他厂家使用探头捕获波形然后输送到示波器，进而对波形进行测量得到DC数值的方案完全不同。很显然，ProbeMeter摒除了探头传输的失真影响，从而具备了0.1%的高精准度。在使用差分探头时，可以借助此功能方便快捷查看单端、共模、差模电压数值。

图17 ProbeMeter探头电压计

有源差分探头可用于绝大多数较小幅度差分信号的测量，但对于幅度达上百甚至上千幅的高压差分信号而言，有源查分探头就显得力不从心了。此时我们只能借助于高压差分探头的帮忙，相对于一般差分探头而言，高压差分探头具有更高的动态范围，能够承受更高的电压。

图18 R&S RT-ZD01 ±1400V 高压差分探头

高压差分探头相对于无源高压探头而言价格昂贵，因此有用户在测试高压差分信号时会选择将示波器的电源接地线剪断，使示波器“浮起来”进行测试，这是非常危险的，一定要杜绝此类行为。我们将在第二部分详细说明。

电流探头严格意义上说也属于有源探头的一种，几乎所有的电流探头在使用过程中都需要供电。电流探头主要分为三类：AC（仅能测试交流电）、DC（仅能测试直流电）、AC+DC。而目前大多数电流探头都具备了AC+DC的测量功能。