示波器测量中的浮动与差分电压挑战及解决方案

　　从根本上来说，示波器是一种测量电压(在Y轴上)与时间(在X轴上)关系的仪器，且所有的电压测量都是在两点之间进行的。在设计示波器时，大多数设计者都期望这两点中的一点能够牢固地接地。因此，示波器的探头参考引线会电气连接到BNC输入的外壳，进而连接到机箱，最终通过电源引线接地。

　　然而，这种设计却带来了示波器用户经常遇到的问题：许多电压测量值并不以接地为参考。差分电压和浮动电压在实际应用中无处不在，这给用户带来了不小的困扰。

　　当电压不直接参考地时，我们称之为“浮动电压”。同样地，当在两点之间测量电压，且这两点都不是接地的，我们称之为“差分电压”。此外，信号通常通过两条线路进行差分传输，一条线路传输的信号与另一条线路相反，这样的设计可以使接收器有效地抑制任何共模噪声。

　　例如，CAN总线的差分信号就是CAN高电平和CAN低电平之间的差异，这种差分传输方式可以很好地抑制共模噪声。除此之外，开关模式电源、三相电源、电流感应电阻器以及生物信号等也都可能遇到浮动或差分信号的问题。如果在此类信号测量中错误地引入了接地引线，轻者可能导致信号失真，重者甚至可能损坏被测器件。

　　针对浮动测量的问题，有几种可能的解决方案。但直接断开电源插头处的接地线并不可取，因为这会使机箱和所有BNC输入都失去接地保护，增加触电的风险。

　　一种更安全且常用的方法是使用两个探头进行伪差分测量。具体来说，就是使用两个探头分别测量两个点，然后反转一个通道的信号，并通过数学方法从一个通道中减去另一个通道的信号。这样，我们就可以只显示差分信号，同时确保测量的安全性。然而，这种方法也存在一些限制，比如需要两个通道和一个数学通道来产生一条迹线，而且探针之间的任何不平衡都可能导致通道之间的偏斜和低共模抑制比(CMRR)。

　　因此，对于需要高精度和高安全性的测量场景，更优雅的解决方案是使用有源差分电压探头。这种探头具有真差分测量、高CMRR以及每次测量只需一个示波器通道等优点。它可以有效地解决浮动电压和差分电压的测量问题，提高测量的准确性和安全性。

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