差分和單端有源探頭的性能差別二|上海麥聚瑞電子儀器有限公司
差分和單端有源探頭的性能差別二
從對單端模型的分析，可看到帶寬決定于電感和電容值，其中對地電感（lg）起著重要的作用。在較高頻率下，對地電感會在被測信號地與探頭地之間產生一個電壓，從而減小了探頭衰減器∕放大器處的信號。您可通過減小對地電感來增加帶寬。這就需要縮短接地線的長度，或增加連接的面積。理想的接地線應是非常短、又比較寬的導體平面或圍繞信號連接的環形圓柱體（形成同軸的探頭連接）。在實際的測量條件下，理想的接地線通常是不現實的，而且會大大降低單端探頭的可用性。
圖4 差分探頭和單端探頭的頻率響應
此外，在使用圓柱接地環地條件下給出指標的單端探頭帶寬指標，是不具備實際意義的，因為在實際測試中，您基本上無法采用這種方式來測量。
如果您分析由差分信號（vcm=0，vp=vm）驅動的差分模型，就會看到由于正負信號連接的固有對稱性，在連接間就會存在一個沒有凈信號的平面。您可認為該“有效”地平面牢固地接到被測信號的地平面和探頭放大器的地。考慮到有效地平面的存在，即可分析半電路模型，此時信號地的環路面積近似為單端環路面積的一半，所以電感要低得多。從半電路模型分析可看到差分模型的帶寬要遠高于單端模型。此外，有效地平面是理想的接地連接，而且毫不影響其可用性。
當差分探頭受單端源驅動時，您可用疊加法確定總響應。當vcm=vp=vm時，即電路中施加了單端信號。對于疊加的項，把vcm“關閉”；對于疊加的**項，把vp和vm“關閉”。項是差分部分對單端信號的響應，因此該響應和前面的討論一致。**項是共模部分對單端信號的響應，因此其響應決定于探頭的共模抑制。如果探頭有好的共模抑制能力，那么對單端信號的總響應就只是對單端信號差模成分的響應。如果探頭的共模抑制不好，就會看到測量差分信號和測量單端信號的差異。從圖4可看到這些響應實際上并無差別。
圖4示出用差分探頭檢測單端信號（綠色）和用單端探頭檢測單端信號（藍色）的頻率響應，兩者都使用同樣的7GHz探頭差分放大器。探頭的帶寬定義為探頭輸出幅度相對輸入幅度下降到-3dB處的頻率。顯然，差分探頭的帶寬要比單端探頭高得多（7.8GHz對5.4GHz）。這兩種探頭都有很高的頻率平坦度，因為在連接中使用了正確的阻尼電阻。
圖5示出對于輸入約100ps上升時間的階躍信號，差分探頭所測的時域響應。圖6示出對于輸入約100ps上升時間的階躍信號，單端探頭所測的時域響應。在這兩個圖中，紅色跡線是探頭的輸出(即示波器屏幕上顯示地波形)，綠色跡線是探頭的輸入(即探頭探上被測對象后，被測信號地波形)。應注意這不是探頭的階躍響應，而只是測量它們是否能跟蹤100ps的階躍。為測量階躍響應，必須有非常**的輸入，即有極快上升時間的階躍，此時差分探頭能顯示出比單端探頭更快的上升時間。這兩種探頭都能很好跟蹤100ps的階躍。
圖5 差分探頭對100ps階躍的時域響應
圖6 單端探頭對100ps階躍的時域響應
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。共模抑制使加至探頭輸入+ 和 - 的相同信號不產生輸出。對單端探頭來說，共模抑制使加至信號輸入和地輸入的相同信號不產生輸出。
