差分探頭作為現(xiàn)代示波器的關(guān)鍵測量附件，憑借獨特的差分放大機(jī)制，成為高速電路、高壓系統(tǒng)信號采集的首選工具。從技術(shù)實現(xiàn)來看，差分探頭分為無源與有源兩大類型，其核心原理是通過兩路信號的差值運算還原原始信號，當(dāng)輸入等幅同相信號時輸出為零，從而實現(xiàn)共模噪聲的有效抑制。

一、技術(shù)特性與優(yōu)勢解析

1. 卓越的抗干擾性能

差分探頭采用雙線耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計，外界干擾以共模方式同時作用于兩條信號線，而接收端僅處理信號差值，使共模噪聲相互抵消。實測數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)質(zhì)差分探頭在 100MHz 頻段的共模抑制比（CMRR）可達(dá) 80dB 以上，相當(dāng)于將噪聲幅度降低至原有的 1/10000。

2. 精準(zhǔn)的時序定位能力

差分信號的邏輯切換點位于兩信號的交點，區(qū)別于單端信號依賴電平閾值的判斷方式。以低壓差分信號（LVDS）為例，其溫漂影響極小，時序誤差可控制在 ±50ps 以內(nèi)，非常適合高速數(shù)字電路中低幅度信號的精確測量。

3. 高效的 EMI 抑制機(jī)制

由于兩根信號線傳輸極性相反的信號，其對外輻射的電磁場相互抵消。耦合越緊密的差分結(jié)構(gòu)，向外釋放的電磁能量越少，經(jīng)測試可使 EMI 輻射強(qiáng)度降低 30dB 以上，滿足嚴(yán)苛的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)。

4. 高頻響應(yīng)局限性

在處理快速邊沿信號（上升時間 < 1ns）時，差分探頭可能出現(xiàn)波形畸變，表現(xiàn)為減幅振蕩（振鈴現(xiàn)象）。這主要由探頭寄生參數(shù)與被測電路的阻抗不匹配導(dǎo)致，需通過終端匹配或帶寬限制進(jìn)行優(yōu)化。

5. 頻率相關(guān)的共模抑制特性

共模抑制比隨頻率升高而下降是差分探頭的固有特性，理想情況下 CMRR 以 - 20dB / 十倍頻的速率衰減。因此在高頻測量時，需選擇高帶寬、高 CMRR 的專業(yè)差分探頭，以確保測量精度。

二、典型應(yīng)用場景分類

（一）差分信號專項觀測

適用于以相互參考為基準(zhǔn)的差分信號測量，包括：

• 高速數(shù)據(jù)總線：PCIe 4.0、USB4、HDMI 2.1 等串行鏈路信號
• 工業(yè)通信接口：RS-485、CANopen、LIN 總線等差分通信信號
• 存儲系統(tǒng)：DDR5 內(nèi)存時鐘與數(shù)據(jù)信號（差分幅度僅 500mV）

（二）低壓差分信號測量

在數(shù)字電路領(lǐng)域廣泛應(yīng)用：

• 處理器核心電壓（1.0-1.8V）與時鐘信號（3.3V LVTTL）
• FPGA 高速配置信號（如 LVDS 電平標(biāo)準(zhǔn)）
• 傳感器差分輸出（如 MEMS 加速度計、應(yīng)變片電橋信號）

（三）高壓浮地測量

專為隔離測量設(shè)計的高壓差分探頭適用于：

• 開關(guān)電源 PWM 驅(qū)動信號（DC-AC 轉(zhuǎn)換電路，電壓可達(dá) 1000V）
• 變頻器 IGBT/MOSFET 柵極驅(qū)動電壓（浮動電壓系統(tǒng)）
• 三相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的差分電壓檢測（需滿足 CAT III 600V 安全等級）

三、結(jié)構(gòu)組成與連接規(guī)范

差分探頭由三大功能模塊構(gòu)成：

• 輸出接口模塊 ：通過 BNC 或 SMA 接口連接示波器，高端探頭集成接地輔助端子，確保低噪聲信號傳輸
• 信號輸入模塊 ：包含正負(fù)兩路輸入通道，內(nèi)置精密匹配的衰減網(wǎng)絡(luò)（典型匹配精度 ±0.1%）
• 前端測試夾具 ：采用鉤針式或彈簧式探針設(shè)計，確保與被測點的低電感連接（寄生電感≤1nH）

正確選擇與使用差分探頭，可顯著提升高速電路、高壓系統(tǒng)的測量精度與安全性。西安普科科技提供全系列差分探頭產(chǎn)品，涵蓋 100MHz-5GHz 帶寬范圍，支持最高 1500V 隔離電壓測量，詳情可訪問官網(wǎng)獲取技術(shù)資料。

審核編輯 黃宇