Что такое дифференциальный зонд?

Что такое дифференциальный пробник?

Дифференциальный пробник — это устройство, которое при измерении сигналов с помощью осциллографа или аналогичного устройства обнаруживает шум, генерируемый в местах, не связанных с устройством, передающим сигнал. Это включает в себя вибрацию земли, называемую общим шумом, и усиливает измерительный сигнал с помощью усилителя, чтобы упростить измерение.

В таких коммуникациях, как USB и HDMI, необходимо, чтобы выходная сторона точно обнаруживала сигналы. Если дифференциальные пробники используются неправильно, они могут быть сломаны или не обеспечивать точный выходной сигнал.

Во многих случаях дифференциальные пробники доступны у той же компании, которая продает осциллографы, и поскольку они обладают отличными возможностями подключения, лучше всего приобрести дифференциальный пробник у той же компании, что и осциллограф.

Применение дифференциальных пробников

Дифференциальные пробники используются на этапах прототипирования и тестирования многих коммуникационных устройств, таких как USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet и SATA, для обнаружения шума с помощью осциллографа и определения того, влияет ли шум на продукт или нет. Дифференциальные пробники используются для проверки шума в USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, SATA и других коммуникациях.

Дифференциальные датчики часто стоят дорого, поэтому перед покупкой важно тщательно изучить, соответствуют ли они стандартам использования.

Принцип работы дифференциальных датчиков

Дифференциальный зонд состоит из двух активных зондов, которые идентичны по своей природе. Один активный зонд подключается к положительному выводу соединения устройства, передающего измеряемый сигнал, а другой — к отрицательному выводу. Измеряя разницу между сигналами, обнаруженными этими двумя зондами, можно обнаружить общий шум.

На рынке доступно множество дифференциальных зондов, которые были разработаны для облегчения измерения форм сигналов на осциллографе. Например, низковольтные сигналы могут быть усилены усилителем, чтобы их было легче измерять на осциллографе, некоторые напряжения могут быть заземлены, чтобы избежать загрузки осциллографа высоковольтными сигналами, и сигналы могут быть преобразованы в четкие прямоугольные волны.

Если дифференциальный зонд правильно выбран в соответствии с используемым сигналом, можно выполнить четкое измерение шума.

Другая информация о дифференциальных зондах

1. Эквивалентная схема дифференциального зонда

Дифференциальный зонд состоит из двух активных зондов, которые напрямую подключены от кончика зонда к входному концу полупроводниковой схемы, поэтому входная емкость может быть всего 1 пФ, что чрезвычайно мало. С другой стороны, в отличие от пассивных зондов, которые используют аттенюатор, входное сопротивление находится в диапазоне от десятков кОм до 1 МОм.

Поэтому, когда дифференциальный зонд подключается к высокоомной цепи для измерения форм волн, необходимо рассматривать результаты измерений в свете влияния зонда. Эффективный способ сделать это — подключить эквивалентную схему дифференциального зонда к тестируемой цепи и смоделировать эффекты.

В случае дифференциального зонда между одним штырьком и GND входное сопротивление и входная емкость, опубликованные производителем, соединены параллельно. Аналогично, другой штырь и GND соединены параллельно с входным резистором и входной емкостью. Таким образом, между двумя штырьками дифференциального зонда входное сопротивление удваивается, а входная емкость уменьшается вдвое. Влияние этого импеданса на тестируемую цепь следует учитывать при оценке результатов измерений.

2. Активный зонд

Зонды используются для измерения стабильных сигналов. Без зонда работа схемы будет зависеть от емкостной составляющей кабеля. Это особенно сильно влияет на высокочастотные измерения.

Активные зонды используют полупроводниковый элемент на входном конце. Входная емкость самого активного зонда также очень мала, и некоторые зонды имеют входную емкость менее 1 пФ.

Входная емкость зонда также влияет на форму сигнала. Пассивные зонды имеют большую компоненту емкости, чем активные зонды, и звон, который является колебанием формы сигнала на переднем фронте импульса, является значительным.

3. Высоковольтные дифференциальные зонды

Дифференциальные зонды подходят для наблюдения за плавающими частями сигнала, но обычные зонды выдерживают напряжение всего от 30 В до 100 В как для дифференциального, так и для заземляющего напряжения. Большие высоковольтные зонды требуются для измерения плавающих точек в цепях, которые обрабатывают высокие напряжения, такие как коммерческие источники питания. Зонды со спецификациями 6000 В или более для дифференциального напряжения и 2000 В или более для заземляющего напряжения имеются в продаже.

При измерениях с использованием высоковольтных дифференциальных зондов расстояние между двумя штырями должно быть достаточно большим, чтобы избежать риска разряда. В результате в высокочастотном диапазоне возникает звон из-за импеданса подводящих проводов, что приводит к большим амплитудным колебаниям. В качестве контрмеры эффективным является скручивание двух подводящих проводов.

4. Синфазный шум

Шум в электрических цепях можно в целом разделить на дифференциальный шум и синфазный шум. Дифференциальный шум — это шум, передаваемый через проводники в цепи.

С другой стороны, синфазный шум — это шум, который частично передается обратно через землю или корпус и является шумом в фазе с входным сигналом и сигналом на возврате. Синфазный шум считается трудно поддающимся противодействию из-за сложности распространения шума.

Высоковольтные дифференциальные пробники являются очень эффективным средством проверки работы импульсных источников питания. Импульсные регуляторы генерируют синфазный шум с колебаниями напряжения заземления в несколько сотен вольт.

Хотя дифференциальный пробник должен подавлять колебания напряжения заземления и обеспечивать наблюдение, неизбежно, что небольшое количество колебаний напряжения заземления фактически будет добавлено к дифференциальному выходу. Чтобы уменьшить влияние этого изменения, необходимо выбрать пробник с превосходным CMRR (коэффициентом подавления синфазного сигнала).