差分示波器测量

维持测量的完整性
测量的误差源
像其他的测量方法一样，差分测量也受到产生误差的条件的制约。这些误差在结果中也许很明显，也许并非显而易见，还有可能被误认为是想要的测量结果。下面将讨论一些比较常见的误差源。为了了解产生误差的原因和避免的方法，首先需要对差分示波器或探头的内部运行情况有一个基本的了解。

系统的核心是差分放大级（参见图14）。其图示符号与运算放大器相同。差分放大器像运算放大器一样可以抑制输入的共模信号而只放大两个输入端的电压差。与运算放大器不同的是，差分放大器具有已知的、有限的增益。在有些配置中，增益可由用户选择。输出是单端的，而且以地为参照。为了获得很高的阻抗，输入部分常采用FET（场效应管）。输入信号可以通过高阻抗的衰减器以便使大信号减小到放大器可以处理的范围。对于衰减器的要求要比单端放大器高得多。两端必须有相同的直流和交流衰减。衰减量的不匹配对CMRR具有第一位的影响。例如，为了保持100,000:1 的CMRR指标，衰减器的匹配度必须好于十万分之一（0.001%）；这样就在差分放大器中不给误差留下余地！当然，还需要从信号源开始全程保持这种匹配度。

图14. 带衰减器的差分放大器简图。

输入连接
一般来说，差分放大器或探头与信号源的互连是产生误差的最大来源。为了维持输入的匹配，两个通道应尽可能一样。两个输入端的任何接线的都应长度相同。如果使用探头，其型号与长度也应相同。在测量高共模电压的低频信号时，应避免使用带衰减的探头。在高增益时则完全不能使用这种探头，因为不可能精地平衡它们的衰减量。当高电压或高频率的应用需要衰减时，应使用为差分放大器专门设计的专用无源探头。这种探头具有能精密调整直流衰减和交流补偿的装置。为获得最佳的性能，每一个特定的放大器都应专用一套探头，而且要根据这套探头附带的程序针对该放大器进行校准。
一种常用的方法是将+ 和- 输入缆线成对绞扭在一起。这样可减少拾取线路频率干扰和其他噪声的可能。以间隔方式布线的输入缆线（参见图15）的作用相当于变压器的一个线圈。穿过这个环路的任何交流磁场都会感应出一个电压，此电压作为差分成分出现在放大器的输入端，而且会如实地合计到输出上去！若将输入引线铰接在一起（如图16），则感应电压往往出现在VCM 通道，可以被差分放大器抑制。
在共模信号超量的高频测量中可以将两条输入线绕在铁氧体磁环上而得到改善。这样作可衰减两个输入端共有的高频信号。由于差分信号是在两个方向上穿过磁芯，因此不受影响。

图15. 随时间变化的磁场穿过间隔开的引线时感生出电压，犹如变压器的线圈。此电压作为差分成分输入放大器并累加到真正的VDM 信号- 上。

图16. 将输入引线绞扭在一起，环路面积非常小，故穿过其中的磁场较少。感应电压往往出现在VCM 通道，可以被差分放大器抑制。

接地
大多数差分放大器的输入连接器是外壳接地的BNC连接器。在使用探头或同轴输入线缆连接时，总会有如何接地的问题。由于测量应用千差万别，故没有严格的标准可循。
在测量低频的低电位信号时，地线一般最好是只接在放大器一侧，而不要接在两个输入端上。这样可给感应到屏蔽层的电流提供返回的通路，但又不会形成接地环路而对测量或被测设备形成干扰。
在高频部分，探头的输入电容与引线电感形成串联“空腔”谐振电路，并可能结成环状。在单端测量中，使用尽可能短的接地线可使这种效应减至最小。这样会降低电感量，有效地增高谐振频率，使其有望超出放大器的带宽。差分测量是在两个探头接触点之间进行的，其中并不涉及接地的概念。然而如果因为共模成分的快速上升而产生了环，则使用短的接地线可减少谐振电路中的电感量，从而减少了环状成分。在有些情况下，也可以用附加接地线的方法减少快速差分信号所产生的环。如果共模源在高频时对地的阻抗很低，也就是被电容器旁路，就属于这种情况。如其不然，附加地线可能会使情况变得更糟！如果发生了这种事，可试着将探头一起在输入端接地。这样可以通过屏蔽降低有效电感。

当然，将探头的地接到电路上可能会生成接地环路。在测量高频信号时这通常不会产生问题。测量高频时的最好忠告就是试着用和不用接地引线进行测量；然后采用能给出最好结果的设置。当把探头接地引线接到电路时，要切记将它接地！在使用差分放大器时很容易忘记地线的连接在哪里，因为它们可以探查电路的任何地方而不会有发生损害的危险。

图16. 源阻抗不平衡所造成的影响。＋输入衰减器是从0Ω驱动的，但－输入衰减器是从3kΩ以下驱动的。结果与900kΩ相加，使衰减增加而CMRR降低。

输入阻抗对CMRR 的影响
任何源阻抗的作用就是与输入电阻（直流）和输入电容（交流）组成一个分压器。对单端测量来说，阻抗的影响一般可以忽略，因为误差很少能达到1%。但对差分测量，这个小的误差造成输入增益的不匹配，这会减少共模抑制的能力（见图17）。
测量差分放大器的CMRR 指标通