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  張超19930112 2008-05-20 00:00:00

  選用單端探頭還是差分探頭？ 技術(shù)分類： 測試與測量 | 2003-06-12 Mike McTigue，安捷倫科技公司 新的有源探頭體系結(jié)構(gòu)使GHz級以上的千兆信號的完整性測量變得更加容易、精度也更高，但這只對于了解探頭的工作原理和探頭的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間優(yōu)劣的用戶而言的。 寬帶寬示波器和有源探頭的用戶歷來可以在單端探頭和差分探頭之間作出選擇。測量單端信號(對地參考電壓)，你使用的是單端探頭，而測量差分信 號 (正電壓對負(fù)電壓)，你使用的是差分探頭。那么，為什么你不能只買差分探頭來測量差分信號和單端信號呢？實(shí)際情況是，你可以這樣做，但又存在實(shí)實(shí)在在的理由使你不能這么做。與單端探頭相比，差分探頭價(jià)格較貴，使用不大方便，帶寬也較窄。 新的探頭體系結(jié)構(gòu)，如 Agilent 113X 系列的體系結(jié)構(gòu)可以探測差分信號，也可以探測單端信號，而且基本上使人們不反對使用差分探頭。這些探頭是通過可互換的端頭來提供這種能力的，而各種可互換的頭經(jīng)過優(yōu)化，可以點(diǎn)測、插入插座和焊入探頭。這種結(jié)構(gòu)給有源探頭的用戶提出了新問題：測量單端信號，到底該用差分探頭還是該用單端探頭？答案是應(yīng)由性能和可用性兩個(gè)方面的權(quán)衡結(jié)果來定奪。 只要使用Agilent 1134A型 7 GHz 探頭放大器的簡化模型 (圖1) 和已測數(shù)據(jù)以及焊入的差分和單端探頭端頭 (圖 2)，你就可以比較它們的帶寬、保真度、可用性、共模YZ特性、可重復(fù)性和尺寸大小等方面的差別。這些探頭端頭的物理連線幾何形狀相同，所以它們之間的主要性能差別是由差分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和單端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引起的。探頭性能測量是采用 Agilent E265 糾偏/性能驗(yàn)證夾具和 Agilent 8720A 20 GHz 向量網(wǎng)絡(luò)分析儀或者 Agilent Infiniium DCA (數(shù)字通信分析儀)采樣示波器進(jìn)行的。 差分探頭和單端探頭的簡化模型的主要區(qū)別在于 圖 1 差分探頭和單端探頭的簡化模型的主要區(qū)別在于，差分探頭的地線電感是與放大器輸入端串聯(lián)的，而不是與探頭的“地”串聯(lián)的。 單端探頭端頭和差分焊點(diǎn)埋入探頭端頭的放大圖表明單端探頭既簡單又尺寸很小 圖 2 單端探頭端頭和差分焊點(diǎn)埋入探頭端頭的放大圖表明單端探頭既簡單又尺寸很小。 如前所述，單端探頭的帶寬通常比差分式探頭寬。那么，這種差別是由物理學(xué)的某些基本定律決定的，還是實(shí)現(xiàn)差分體系結(jié)構(gòu)這一現(xiàn)實(shí)情況造成的？為了探討這個(gè)問題，請看差分探頭和單端探頭的連線寄生參數(shù)的簡化模型（圖 1）。差分探頭和單端探頭的幾何形狀相同導(dǎo)致它們的電感和電容值也相同。寬、扁的導(dǎo)體(探頭片)可以降低單端探頭的 LG (接地電感)值，但不明顯。要注意的是，差分探頭的兩個(gè)輸入端都有一個(gè)末端電阻器，而單端探頭只在信號輸入端有一個(gè)末端電阻器，地線中則沒有電阻器 (在實(shí)際探頭中為一個(gè)0Ω的電阻器)。這些電阻器是適當(dāng)YZ輸入連線的LS和CS引起的諧振所必需的 (參考文獻(xiàn) 1)。 對單端探頭模型的分析表明了電感器和電容器的價(jià)值和 LG 的重要作用。在高頻段，接地電感會在被測設(shè)備地和探頭地之間產(chǎn)生一個(gè)電壓，從而減少衰減器/放大器輸入端的信號強(qiáng)度。如果你能降低 LG，探頭的帶寬就可以增大。 要減少接地電感，就要縮短地線或者加粗地線。極限條件下，理想的地線是短而寬的平面導(dǎo)體，或者是包圍信號線的圓柱體(形成同軸探頭連線)。這些理想的地線對于現(xiàn)實(shí)的探測來說通常都是不切實(shí)際的，而且還會大大降低單端探頭的可用性。把單端探頭限制在一個(gè)無法用于實(shí)際測量的同軸夾具中也是不現(xiàn)實(shí)的。 對用差分信號 (VCM=0， VP=VM) 驅(qū)動(dòng)的差分探頭模型的分析表明，由于正信號連線和負(fù)信號連線的固有對稱性，這兩根連線之間存在著一個(gè)凈信號值為零的平面。人們可以把這個(gè)“有效的”地平面看作是與被測設(shè)備接地平面和探頭放大器地線連接的?？紤]到這個(gè)有效的接地平面，你就可以分析半個(gè)電路的模型，在這一模型中，地平面上方的信號環(huán)路面積大約是整個(gè)環(huán)路的一半，因此，具有單端探頭模型電感的一半。對這半個(gè)電路模型的分析表明其帶寬寬得多了。此外，這個(gè)有效地平面是理想的地線，而又不妨礙探頭的可用性。 當(dāng)一個(gè)單端信號源驅(qū)動(dòng)差分探頭時(shí)，人們可以采用疊加原理來確定整個(gè)響應(yīng)特性。在該模型中，你可以通過使 VCM=VP=VM 來施加單端信號。對于疊加的diyi項(xiàng)，你要切斷 VCM，而對于第二項(xiàng)，你要切斷 VP 和 VM。diyi項(xiàng)就是對單端信號的差分分量的響應(yīng)，所以該響應(yīng)與前面的分析相同。第二項(xiàng)是對單端信號共模分量的響應(yīng)，所以，探頭的共模YZ特性決定這一響應(yīng)。 如果探頭具有良好的共模YZ特性，則對單端信號的總響應(yīng)就是對單端信號的差分分量的響應(yīng)。如果探頭的共模YZ特性不夠好，則其后果就會以差分信號和單端信號測量值之差的形式表現(xiàn)出來。圖 3 中的紅色曲線和綠色曲線表明這兩種響應(yīng)之間實(shí)際上沒有差別。 圖 3 示出了探測一個(gè)單端信號的差分探頭 (綠色) 和探測一個(gè)單端信號的單端探頭 (藍(lán)色)的已測頻率響應(yīng)曲線。兩種探頭用的都是 7GHz 探頭放大器。探頭的帶寬定義為探頭輸出除以探頭輸入所得的值再降低 3 d 上面的圖片在網(wǎng)址上看

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  薄heweiliang 2016-12-02 00:00:00

  差分信號不是測的，是器件在電路里的極性決定的，如果被測的是一個(gè)電路輸出的信號，且為所謂的差分信號，那么你測量時(shí)這個(gè)單探頭的設(shè)備不要與它共地，直接把兩個(gè)輸出分別接到信號輸入和地就可以了。

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