差分探頭作為現代示波器的核心測量附件，基于差分放大原理實現信號采集，在電子測量領域發揮關鍵作用。從技術實現角度，差分探頭可劃分為無源型與有源型兩大類別，其工作機制源于差分放大電路的獨特設計 —— 通過對兩路輸入信號的差值運算還原原始信號，當輸入等幅同相信號時輸出為零，從而實現共模噪聲抑制。

核心技術特性解析

1. 卓越的抗干擾性能

差分探頭通過雙線耦合結構實現噪聲抑制：外界干擾信號以共模方式同時耦合至兩條信號線，而接收端僅關注兩信號差值，使共模噪聲相互抵消。實測數據表明，優質差分探頭在 100MHz 頻段的共模抑制比（CMRR）可達 80dB 以上。

2. 精準的時序定位能力

差分信號的邏輯切換點位于兩信號的交點位置，區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，其受溫漂影響小，時序誤差可控制在 ±50ps 以內，非常適合高速數字電路的低幅信號測量。

3. 高效的 EMI 抑制能力

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。耦合越緊密的差分走線，向外釋放的電磁能量越少，經測試可使 EMI 輻射強度降低 30dB 以上，滿足嚴苛的電磁兼容（EMC）要求。

4. 高頻響應特性限制

在處理快速邊沿信號（上升時間 < 1ns）時，差分探頭可能出現波形畸變，表現為減幅振蕩（振鈴現象）。這主要由探頭寄生參數與被測電路的阻抗不匹配導致，需通過終端匹配或帶寬限制優化。

5. 頻率相關的共模抑制特性

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，因此高頻測量時需選擇高帶寬、高 CMRR 的專業差分探頭。

典型應用場景分類

（一）差分信號專項觀測

適用于以相互參考為基準的差分信號測量，如：

• 高速數據總線：PCIe、USB 4.0、HDMI 2.1 等串行鏈路信號
• 通信接口：RS-485、CANopen、LIN 總線等工業通信信號
• 存儲接口：DDR4/DDR5 內存時鐘與數據信號

（二）低壓差分信號測量

在數字電路領域廣泛應用：

• 處理器核心電壓（1.0-1.8V）與時鐘信號（3.3V LVTTL）
• FPGA 配置信號與高速并行總線（如 LVDS 電平標準）
• 傳感器差分輸出信號（如 MEMS 加速度計、應變片電橋）

（三）高壓浮地測量場景

專為隔離測量設計：

• 開關電源 PWM 驅動信號（DC-AC 轉換電路）
• 變頻器 IGBT/MOSFET 柵極驅動電壓（浮動電壓可達 1000V）
• 三相電機驅動系統的差分電壓檢測（需 CAT III 600V 以上安全等級）

探頭結構與連接方式

差分探頭由三大功能模塊組成：

• 輸出接口模塊 ：通過 BNC 或 SMA 接口連接示波器，部分高端探頭集成接地輔助端子
• 信號輸入模塊 ：包含正負兩路輸入通道，配備精密匹配的衰減網絡
• 前端測試夾具 ：采用鉤針式或彈簧式探針，確保與被測點的低電感連接

正確選擇與使用差分探頭，可顯著提升高速電路、高壓系統的測量精度與安全性。
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審核編輯 黃宇