差分和单端有源探头的性能差别二|上海麦聚瑞电子仪器有限公司
差分和单端有源探头的性能差别二
从对单端模型的分析，可看到带宽决定于电感和电容值，其中对地电感（lg）起着重要的作用。在较高频率下，对地电感会在被测信号地与探头地之间产生一个电压，从而减小了探头衰减器∕放大器处的信号。您可通过减小对地电感来增加带宽。这就需要缩短接地线的长度，或增加连接的面积。理想的接地线应是非常短、又比较宽的导体平面或围绕信号连接的环形圆柱体（形成同轴的探头连接）。在实际的测量条件下，理想的接地线通常是不现实的，而且会大大降低单端探头的可用性。
图4 差分探头和单端探头的频率响应
此外，在使用圆柱接地环地条件下给出指标的单端探头带宽指标，是不具备实际意义的，因为在实际测试中，您基本上无法采用这种方式来测量。
如果您分析由差分信号（vcm=0，vp=vm）驱动的差分模型，就会看到由于正负信号连接的固有对称性，在连接间就会存在一个没有净信号的平面。您可认为该“有效”地平面牢固地接到被测信号的地平面和探头放大器的地。考虑到有效地平面的存在，即可分析半电路模型，此时信号地的环路面积近似为单端环路面积的一半，所以电感要低得多。从半电路模型分析可看到差分模型的带宽要远高于单端模型。此外，有效地平面是理想的接地连接，而且毫不影响其可用性。
当差分探头受单端源驱动时，您可用叠加法确定总响应。当vcm=vp=vm时，即电路中施加了单端信号。对于叠加的项，把vcm“关闭”；对于叠加的**项，把vp和vm“关闭”。项是差分部分对单端信号的响应，因此该响应和前面的讨论一致。**项是共模部分对单端信号的响应，因此其响应决定于探头的共模抑制。如果探头有好的共模抑制能力，那么对单端信号的总响应就只是对单端信号差模成分的响应。如果探头的共模抑制不好，就会看到测量差分信号和测量单端信号的差异。从图4可看到这些响应实际上并无差别。
图4示出用差分探头检测单端信号（绿色）和用单端探头检测单端信号（蓝色）的频率响应，两者都使用同样的7GHz探头差分放大器。探头的带宽定义为探头输出幅度相对输入幅度下降到-3dB处的频率。显然，差分探头的带宽要比单端探头高得多（7.8GHz对5.4GHz）。这两种探头都有很高的频率平坦度，因为在连接中使用了正确的阻尼电阻。
图5示出对于输入约100ps上升时间的阶跃信号，差分探头所测的时域响应。图6示出对于输入约100ps上升时间的阶跃信号，单端探头所测的时域响应。在这两个图中，红色迹线是探头的输出(即示波器屏幕上显示地波形)，绿色迹线是探头的输入(即探头探上被测对象后，被测信号地波形)。应注意这不是探头的阶跃响应，而只是测量它们是否能跟踪100ps的阶跃。为测量阶跃响应，必须有非常**的输入，即有极快上升时间的阶跃，此时差分探头能显示出比单端探头更快的上升时间。这两种探头都能很好跟踪100ps的阶跃。
图5 差分探头对100ps阶跃的时域响应
图6 单端探头对100ps阶跃的时域响应
共模抑制问题
共模抑制是差分探头和单端探头都存在的问题。对差分探头来说。共模抑制使加至探头输入+ 和 - 的相同信号不产生输出。对单端探头来说，共模抑制使加至信号输入和地输入的相同信号不产生输出。
