标签: 差分探头

在电子测量领域，示波器差分探头凭借其出色的抗干扰能力以及精准捕捉差分信号的优势，被广泛应用于电源设计、高速电路测试等场景。然而，在实际操作过程中，许多工程师却常常遇到 “测量的信号幅值持续跳变”这一棘手问题，这不仅严重影响了测试数据的准确性，还可能导致对电路性能的误判。本文将从硬件连接、探头性能、环境干扰、操作设置四个维度出发，深入剖析问题根源，并提供切实可行的排查与解决方法。 一、信号幅值跳变的四大核心诱因 信号幅值跳变并非由单一因素导致，而是与 “接触可靠性”“探头状态”“外部干扰”“参数匹配”密切相关。在排查问题之前，必须先明确这四类核心诱因的具体表现差异，避免盲目调试。 1. 硬件连接： 接触不良是极易被忽视的 “罪魁祸首” 差分探头的测量依赖于 “探头 - 被测电路 - 示波器”这一完整通路，任何一处接触松动或连接错误，都会直接导致信号传输的不稳定。常见的问题包括： 探头前端连接松动： 差分探头的两个输入端（ + 端与 - 端）通常采用夹子或探针设计。如果夹子未夹紧被测点（例如引脚氧化、夹子弹簧老化），或者探针与测试点的接触面积过小，就会导致接触电阻忽大忽小，从而使信号幅值随着接触状态的改变而波动。 地线连接不当： 尽管差分探头不像单端探头那样依赖长地线，但部分探头仍需连接参考地。如果地线未接、接错位置（例如接在有较大噪声的接地平面），或者地线过长（超过 30cm ），就会引入额外的干扰信号，这些干扰信号叠加在被测信号上，导致幅值跳变。 探头与示波器接口接触问题： 探头与示波器的 BNC 接口或专用接口若存在氧化、针脚变形等情况，会导致信号传输链路的阻抗不匹配，出现“时断时通”的状况，进而反映为幅值跳变。 2. 探头自身性能：老化与参数失配是隐匿的“杀手” 差分探头的核心部件（如放大器、衰减器、屏蔽层）若出现老化或参数异常，会直接影响信号测量的稳定性。 探头衰减比设置错误： 不同型号的差分探头都有固定的衰减比（例如 10:1 、 100:1 ）。如果示波器端设置的衰减比与探头实际衰减比不匹配（例如探头是 100:1 ，示波器却设为 10:1 ），就会导致测量结果计算错误，看似幅值跳变，实则是“显示值与实际值不匹配”的误判。 探头带宽不足或老化： 若探头带宽低于被测信号的最高频率（例如测量 100MHz 的信号，却使用 50MHz 带宽的探头），会导致高频成分被滤除，信号波形失真，幅值随频率波动而跳变。此外，探头使用年限过长（超过 5 年），内部放大器的增益稳定性下降，也会导致幅值测量精度漂移。 共模抑制比（ CMRR ）下降： 差分探头的核心优势在于抑制共模干扰（例如电源噪声）。如果 CMRR 下降（例如探头屏蔽层破损、内部差分电路失衡），共模信号就会转化为差模信号被测量，导致被测信号中叠加大量干扰，幅值随共模噪声波动而跳变。 3. 环境干扰：电磁噪声是无形的“干扰源” 电子测量环境中的电磁干扰（ EMI ）会通过空间耦合或传导方式侵入测量链路，导致信号幅值跳变。常见的干扰源包括： 空间电磁干扰： 测试环境附近若有大功率设备（例如变频器、电机、微波炉）运行，其产生的高频电磁场会通过探头的引线或屏蔽层耦合到信号中，导致幅值出现不规则跳变。 接地环路干扰： 如果示波器、被测设备、探头的接地端不在同一电位（例如示波器接实验室接地，被测设备接设备柜接地，两地之间存在电位差），就会形成接地环路，产生环路电流，进而干扰被测信号。 线缆干扰：探头的输入线若未固定，随风飘动或与其他信号线（例如电源线、时钟线）平行敷设，会通过电容耦合或电感耦合引入干扰，导致幅值跳变。 4. 操作与设置：参数误设是人为的“失误点” 除了硬件与环境因素之外，工程师的操作习惯和示波器参数设置错误，也可能导致信号幅值跳变。 触发方式与触发电平设置不当： 如果示波器采用 “自动触发”模式，且触发电平低于噪声幅值，就会导致示波器随机捕获噪声信号，看似幅值跳变。如果触发源选错（例如选了“ CH2 ”却测量“ CH1 ”的信号），也会导致触发不稳定。 时基与垂直灵敏度设置不合理： 时基设置过慢（例如测量高频信号却用时基 10ms/div ），会导致屏幕上显示的波形过于密集，幅值变化难以观察，从而误判为跳变。垂直灵敏度设置过高（例如测量 5V 信号却用 100mV/div ），会放大噪声信号，导致幅值波动被夸大。 未进行探头校准： 多数示波器都支持探头校准功能（例如通过校准信号源校准探头增益和偏移）。如果长期未校准（超过 3 个月），探头的测量误差就会累积，导致幅值测量值漂移。 二、分步排查与解决：从快速验证到深度调试 当遇到信号幅值跳变的问题时，无需盲目更换设备，可以按照 “先简单后复杂、先硬件后软件、先排除干扰后校准”的原则，分步进行排查，从而高效地定位问题。 第一步：快速验证连接与设置，排除 “低级失误” 1. 检查探头连接： 重新夹紧探头的 + 端、 - 端与被测点，用酒精擦拭测试点（去除氧化层），确保接触紧密。 2. 检查地线连接： 如果探头需要连接参考地，应将地线夹子接在被测设备的 “干净地”（例如电源地、信号地，而非机壳地），并且地线长度应控制在 10cm 以内。 重新插拔探头与示波器的接口，检查接口内是否有灰尘或氧化，可以用棉签蘸酒精进行清洁。 3. 核对探头参数设置： 查看探头铭牌，确认衰减比（例如 “ 100:1 ”），在示波器的“通道设置”中选择对应的衰减比。 如果示波器支持 “探头自动识别”（例如泰克、是德科技的部分型号），应开启该功能，以避免手动设置错误。 切换示波器的 “耦合方式”：如果被测信号包含直流成分，应选择“ DC 耦合”；如果只需测量交流成分，应选择“ AC 耦合”（可滤除直流偏移带来的干扰）。 4. 验证触发设置： 将触发模式从 “自动”改为“正常”，调整触发电平至被测信号的幅值范围内（例如测量 2V 峰峰值信号，触发电平设为 0V ）。 确认触发源与测量通道一致（例如测量 “ CH1 ”，触发源选“ CH1 ”），以避免跨通道触发导致的不稳定。 第二步：排查环境干扰，隔绝 “外部影响” 1. 远离干扰源： 将示波器、被测设备、探头移至远离大功率设备（例如变频器、电机）的区域，或者使用金属屏蔽罩覆盖被测电路（减少空间耦合干扰）。 如果测试环境存在强电磁干扰（例如射频实验室），可以使用带屏蔽层的差分探头（例如 Tektronix P5205A ），并将探头线缆穿过金属波纹管接地。 2. 消除接地环路： 将示波器、被测设备、探头的接地端连接到同一接地排（确保接地电位一致），或者使用 “隔离变压器”给示波器供电（切断接地环路）。 如果被测设备无法接地，可以使用 “浮地测量”模式（部分高端示波器支持），或者在探头地与被测设备地之间串联一个小电容（ 1nF~10nF ，需注意安全）。 3. 固定线缆与布线： 用扎带固定探头的输入线，避免线缆随风飘动。 让探头线缆与电源线、时钟线等干扰线缆保持至少 10cm 的距离，避免平行敷设（可以交叉敷设，减少耦合）。 第三步：校准探头性能，排除 “硬件老化” 1. 进行探头校准： 利用示波器自带的校准信号源（通常为 1kHz 、 3V 峰峰值的方波信号），进入示波器的“探头校准”菜单，按照提示完成增益校准和偏移校准。 如果校准后幅值仍跳变，可以更换另一根同型号的差分探头进行对比测试：如果新探头测量稳定，那么就说明原探头老化或损坏，需要维修或更换。 2. 检查探头带宽与 CMRR ： 测量已知频率和幅值的标准信号（例如信号发生器输出的 10MHz 、 5V 峰峰值正弦波），对比探头测量值与信号发生器设定值：如果偏差超过 5% ，说明探头带宽不足或增益失准。 测试 CMRR ：将探头的 + 端和 - 端同时接同一信号源（共模信号），如果示波器显示的幅值超过 100mV （假设输入共模信号为 5V ），说明 CMRR 下降，探头屏蔽层或内部电路存在问题。 第四步：深度调试电路，排除 “被测信号本身问题” 如果经过上述排查仍未发现问题，那么就需要考虑 “被测信号本身就是不稳定的”，而非探头或测量链路的问题。 用万用表测量被测点的直流电压（如果信号包含直流成分），观察电压是否稳定：如果万用表显示值也跳变，那么就说明被测电路本身存在问题（例如电源纹波过大、电路自激振荡）。 检查被测电路的供电：如果供电电源输出电压波动（例如线性电源滤波电容失效），会导致电路输出信号幅值跳变，需要先修复被测电路的供电问题。 三、长期预防：从被动排查到主动维护 为了避免后续再次出现信号幅值跳变的问题，需要建立 “探头维护 + 环境管理 + 操作规范”的长期预防机制。 定期维护探头： 每 3 个月对探头进行一次校准（使用示波器校准信号源）；每 1 年进行一次专业检测（例如委托第三方机构测试带宽、 CMRR ）；避免探头跌落、拉扯线缆，存放时放入专用包装盒（防止屏蔽层损坏）。 优化测量环境： 在测试区域划分 “干扰隔离区”，将大功率设备与测量设备分开摆放；使用接地排统一接地，确保所有设备接地电位一致；对于敏感测试（例如高速信号测量），采用屏蔽室或屏蔽帐篷。 规范操作流程： 制定《差分探头使用手册》，明确探头衰减比设置、地线连接、触发设置的标准步骤；新员工上岗前进行操作培训，避免因参数误设导致的测量误差。 四、 结语 示波器差分探头信号幅值跳变，本质上是 “测量链路可靠性”“探头性能”“环境干扰”三者共同作用的结果。在排查问题时，需要避开“只关注硬件、忽视设置”“只排查探头、忽视环境”的误区，通过“连接验证→干扰排除→性能校准→电路检查”的分步流程，精准定位问题。从长期来看，建立完善的维护与操作规范才是避免此类问题反复出现的关键。毕竟，稳定的测量数据不仅依赖于优质的设备，更依赖于严谨的测试习惯。

对电路信号进行检测之前首先要知道被测电路是什么电路，被测信号是什么信号。盲目地测试或者使用不正确的测量方法，有可能得到错误的波形甚至损坏仪器危及安全。 什么是差分信号？什么是单端信号？ 差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，极性相反，相位相差180度。那么，在这两根线上传输的信号就是差分信号。差分传输的特性意味着差分信号就是成对出现的信号。同时，因为成对存在的关系，差分信号的两条信号传输线可以互为参考点，也可以在电路系统上以系统地作为参考点。因此，准确测量差分信号的幅度、相位和频率是非常重要的。 单端信号是指只用一根导线或者一条线路传输的信号，一般取电路系统地作为它的电压参考点。这也可以理解为单端信号就是在同一条线路上传输的，与系统地之间的电势差。 为什么有些信号采用差分传输方式，不采用单端传输的方式？ 相比于单端传输而言，差分传输抗干扰能力更强。因为差分传输两条线路紧挨着，干扰噪声几乎在同时等值的被加载到两根信号线路上，我们可以看作差分传输两条线路收到的干扰信号其差值为0，即，噪声对差分信号的逻辑意义不产生影响。单端传输因为其参考点为系统地，那么这个干扰噪声的影响会直接反馈到信号接收端。 差分传输的方式减小了潜在的电磁干扰（EMI）。由于两条信号传输线路靠得很近且信号幅值相等，这两条信号传输线路与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，使得其所产生电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。 差分传输方式时序定位更准确。差分信号的接收端可以根据两条信号传输线路幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点。而单端信号通常以电压阈值作为信号逻辑0/1的跳变点，单端传输受电压阈值与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。 示波器探头 示波器探头不仅仅是把测试信号连接到示波器输入端的一段导线，它更是测量系统的重要组成部分。示波器探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件，可以提供衰减或放大能力；不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。 目前使用最为广泛的就是无源探头，无源探头以其经济性和耐用性深受用户的喜爱。 示波器差分探头是一种专为测量差分信号而设计的探头。它通常由两个探头组成，分别连接到差分信号的两条传输线路上。示波器差分探头能够将这两个信号相互抵消（共模抑制），只留下差分信号进行测量。 使用示波器探头的步骤 1. 确认探头型号及规格符合探测要求，确认测试信号在探头参数范围内，超过测试范围会导致测试设备损坏，因此在进行测量前应当进行确认。 2. 连接示波器探头。将探头的BNC接线端接到示波器上，接地引线连接到信号的系统地引脚上，无源探头探测端钩住所需测量的单端信号引脚，差分探头则将两个信号引脚连接到差分信号传输线路上。 3. 设置示波器的触发菜单。根据实际需求，选择适当的触发方式。设置示波器触发方式如下：单触类型如边沿触发（如图）、脉宽触发等，要注意选择信源（触发通道）及触发时间、触发大小（如图右方黄色三角形）一般取整个波形峰峰值的一半、耦合方式（直流耦合或交流耦合），斜率即（上升沿触发或下降沿触发），最后是抑制模式，连续的周期信号可以选择自动触发，脉冲的瞬时信号可以设置正常触发或者单次触发。 4. 调整示波器的垂直和水平缩放（即V档和S档）。根据差分信号的幅度和频率，调整示波器的垂直缩放和水平缩放，确保测量结果准确可靠。一般取上下各占四格，周期信号显示两个完整周期为佳。 谈论与思考： 由于存在地弹噪声、串扰和电磁干扰的问题，在条件允许的情况下，逐渐的会有更多人选择使用差分传输的方式来代替单端传输，差分检测也将会成为必不可少的内容与要求。有源差分探头中信号连接之间有效地平面较之大多数无源探头更为理想，他对单端信号的测量是否也会比无源探头更好呢？有源差分探头是否会成为未来更为主流的测量工具呢？ 产品选型、资料、操作视频 欢迎随时联系 PINTECH品致 翁小姐

探头的延时是指信号从被测点传输到示波器输入端的时间间隔，即信号经过探头的探针、传输电缆、内部电路等路径后，到达示波器采样系统的总时间延迟，（以下讨论低速信号情景，忽略示波器通道间ps级的延时误差）。不同型号的探头延时存在差异，尤其是有源探头和无源探头混用，相对延迟较大时，会在示波器上看到波形错位现象。 影响探头延时的因素有很多，比如连接线的材质、长度、探头的内部电路等，在进行多通道同步信号测量时，需先测量不同探头的相对延时，对于高速信号（如高频脉冲、高速数字信号等）的多通道同步测量，除了探头本身的延时差异，示波器自身通道间的固有延时也需关注，以免影响信号的特性分析。 可以选择信号发生器产生快沿脉冲信号或者示波器自带的方波信号测量不同探头的相对延时，一般在示波器的前面板处有校准信号输出端，会输出校准方波，可用于示波器探头的校准。只需要将探头同时接入同一信号源，可以通过调整光标进行手动测量两通道波形的时间差，也可以使用测量功能中的上升沿/下降沿延迟测量，自动识别两个通道信号的特征点并计算时间差。图中被测信号由信号发生器产生，频率1kHz，峰峰值1Vpp的方波，用光标手动测量波形的上升沿延迟为11.2ns，自动测量上升沿延迟为10.2ns，代表双通道间信号的相对延时。 产品选型、资料、操作视频 欢迎随时联系！ PINTECH品致

​ 差分探头的安全、精准测量，取决于对两个关键参数的把控：差模电压范围与输入端对地电压范围。二者缺一不可，任何一项超限都可能导致测量失准甚至探头损坏。以下结合实例详细说明。 一、 核心参数定义 01 差模电压（Vdiff） 指两个输入信号之间的电压差，计算公式为： Vdiff = V1 - V2（V1、V2 分别为两个输入端的电压）。 02 输入端对地电压 指每个输入端（如探头的 A、B 端）相对于参考地的电压，需分别满足探头的限定范围。 二 、以 N1140A 差分探头为例：参数约束 N1140A 明确规定了双重约束条件，需同时满足： 两个输入端对地电压（A、B）：-7kV ≤ A ≤ +7kV，-7kV ≤ B ≤ +7kV； 差模电压（A-B）：-7kV ≤ A-B ≤ +7kV。 注意：不同探头的参数可能不同。部分探头的输入端对地范围可能仅为差模范围的一半，也有特殊设计的探头其输入端对地范围远大于差模范围，需以具体型号参数为准。 三、 超量程工况分析（结合波形图） 通过波形图可直观判断是否超限，图中Y1、Y2 为约束边界线（±7kV），需确保以下三个波形均在边界内： C2 波形：输入端 A 对地电压 C3 波形：输入端 B 对地电压 F1 波形：差模电压（A-B) 工况① 差模电压超限 现象：C2、C3 波形均在 Y1-Y2 范围内（A、B 对地电压合规），但 F1 波形超出 Y1-Y2 边界（差模电压超限）。 后果：差模电压超出限定值，可能导致测量结果失准。 差模电压超限 工况② 输入端对地电压超限 现象：F1 波形在 Y1-Y2 范围内（差模电压合规），但 C2 或 C3 波形超出边界（如 A 对地电压超限）。 后果：属于超压使用，直接存在探头损坏风险。 输入端对地电压超限 四 、 总结：正确使用的关键 无论何种差分探头，必须同时满足两个条件： 每个输入端对地电压不超过限定值 两输入端的差模电压不超过限定值 对 N1140A 而言，即需确保 A、B 对地电压及 A-B 差模电压均在 ±7kV 范围内（三个波形均处于 Y1-Y2 约束线内），这是实现安全、精准测量的基础。 产品选型、资料、操作视频 欢迎随时联系！ PINTECH品致 ​

N1070APro差分探头提供一个安全的仪器给所有的示波器使用，它可以转换由高输 入的差分电压(≤7000VPEAKTOPEAK)进入一个低电压(＜7V)，并且显示波形在示波器 上，使用频率高达50MHz，非常适合大电力测试、研发、维修使用。 差分探头输出标示是设计在操作示波器1MΩ的输入阻抗的相对衰减量，当使用50Ω 匹配器进衰减量刚好为2倍量。 N1070APro差分探头，也建议选购本公司生产的PL-10阻抗转换器，可以延伸差分 探头的应用范围-可以在电表上观测更精确的实际测量电压值(示波器精确度为3%，数字 电表约精准3倍)。 可广泛用于开关电源﹑变频器﹑电子镇流器﹑变频家电和其它电气功率装置等的 研发﹑调试或检修工作中。 规格 添加图片注释，不超过 140 字（可选） 操作程序  将BP-250与N1070APro的输出端连接，并与示波器连接。 如有需要先调整示波器上的垂直开关。 将示波器上的衰减率及垂直开关调整到一致的位置。  测试前应估计下被测电压值，若超过电压量程，可能会损坏探头。  探头开机前，最好将探头档位拨到最大；电源适配器接入探头，拨动电源开关，绿 色灯亮，当测试电压超过量程时，灯亮红色。  根据探头选择的变比，设置好示波器的衰减比例。  探头探钩连接被测物开始测量。  测试完毕后，先关掉被测电路，再关闭探头开关，将探钩与被测物断开，将BNC接 口从示波器上拔出。 （注意)  电源必须打开。  实际的垂直偏向是等于衰减乘上示波器上所选择的垂直偏向，是使用负载50Ω的两 倍。 差分探头BNC输出线连接示波器或者其它设备时，确保BNC端子可靠接地。 使用注意 添加图片注释，不超过 140 字（可选） 产品选型，资料，操作视频欢迎随时联系 PINTECH品致 翁小姐