差分探頭和單端探頭的共模抑制問題

共模抑制是差分探頭和單端探頭都存在的問題。對差分探頭來說。共模抑制使加至 + 和 - 探頭輸入的相同信號不產(chǎn)生輸出。對單端探頭來說，共模抑制使加至信號輸入和接地輸入的相同信號不產(chǎn)生輸出。

差分探頭和單端探頭模型 ( 圖 1) 顯示了從探頭衰減器 / 放大器接地到“大地”的電阻和電感。這是由探頭電纜屏蔽層和大地構(gòu)成的傳輸線 ( 或天線 ) 所造成阻抗的簡化模型。這一“外模式”阻抗是非常重要的，因?yàn)樵趩味颂筋^上施加共模信號時，地電感就與該外模式阻抗構(gòu)成分壓器，從而衰減了放大器得到的地信號。由于放大器的信號輸入沒有得到與地輸入同樣的衰減，這就在放大器的輸入端造成一個凈信號，并由此產(chǎn)生一個輸出。地電感越高，共模抑制就越低，因此您在使用單端探頭時，務(wù)必使地線盡可能短。還應(yīng)注意該外模式信號并不直接影響“內(nèi)模式”信號 ( 即同軸電纜內(nèi)的正常探頭輸出信號 )，但反射的外模式信號將影響探頭放大器的地，從而間接影響內(nèi)模式信號?！皽y量可重復(fù)性”部分對此有進(jìn)一步的說明。

當(dāng)共模信號施加至差分探頭時，在 + 和 - 輸入端至衰減器 /放大器上可看到同樣的信號。所產(chǎn)生的輸出將由放大器共模抑制決定，而并非由連接電感造成。

圖 1. 差分探頭和單端探頭的共模響應(yīng)

當(dāng)您檢測含有共模噪聲的單端信號時，需要確定是差分探頭還是單端探頭有更好的共模抑制能力。這取決于單端探頭的接地連接電感，以及差分探頭中放大器的共模抑制能力。對于本例中的差分和單端探頭前端，圖 1 顯示差分探頭的共模抑制要比單端探頭高得多，因此在高共模噪聲環(huán)境中能夠進(jìn)行更好的測量。這是兩種探頭最常見的情況，除非單端探頭有極低電感的接地連接，但這在現(xiàn)實(shí)中是難以實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意這里分析的單端探頭，其共模抑制能力遠(yuǎn)好于其他許多單端探頭，因?yàn)樗牡鼐€很短。圖 1中的共模響應(yīng)定義為 :

差分共模響應(yīng) = 20[log(voc/vic)]

這里 vic 是 + 和 - 輸入的公共電壓

Voc 是施加 vic 時探頭輸出處的電壓

單端共模響應(yīng) = 20[log(voc/vic)]

這里 vic 信號輸入和地輸入的公共電壓

voc 是施加 vic 時探頭輸出處的電壓

圖 2. 差分探頭和單端探頭的輸入阻抗

輸入負(fù)載效應(yīng)比較

如果您用差分探頭前端和單端探頭前端的電感和電容值分析圖 1 中的電路模型，您將發(fā)現(xiàn)從單端源看過去的各探頭前端輸入阻抗沒有多少差別。分析的另一方面是了解外模式阻抗如何影響差分和單端探頭。在單端探頭放大器模型中，外模式阻抗要比接地連接阻抗高得多 ( 由于存在 lg)，因此它對輸入阻抗并沒有明顯影響。但由于存在外模式阻抗，進(jìn)入差分探頭的單端信號將看到較高頻率比較低頻率有略低的容抗值。

圖 2是差分探頭和單端探頭的輸入阻抗 ( 幅值 ) 圖。紅色軌跡是施加差分源時所看到的差分探頭阻抗。綠色軌跡是施加單端源時看到的差分探頭阻抗，藍(lán)色軌跡是施加單端源時看到的單端探頭阻抗。圖 2 中標(biāo)注了這三種情況的直流電阻、電容和最小電感值。應(yīng)注意差分探頭和單端探頭對單端信號的輸入阻抗很類似。

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審核編輯：湯梓紅