如何最大限度地降低差分測量誤差？

今天我們來詳細講下如何最大限度地降低差分測量誤差

首先，我們要清楚，把差分放大器或探頭連接到信號源上一般是最大的誤差來源。為保持輸入匹配，兩條通路應盡可能完全相同。對兩個輸入，任何線纜的長度都應該相同。

如果對每條信號線使用單獨的探頭，那么它們應該采用相同的型號和電纜長度。在使用大的共模電壓測量低頻信號時，要避免使用衰減探頭。在高增益上，之所以不能使用衰減探頭，因為不可能精確地平衡其衰減。在高壓或高頻應用需要衰減時，應使用為差分應用專門設計的專用無源探頭。這些探頭擁有相應的功能，可以精確地調整 DC 衰減和 AC 補償。為實現最佳性能，應把一套探頭專用于每個特定的放大器，并使用探頭自帶的程序校準該放大器。

單獨的輸入線纜會成為變壓器線圈。穿過環路的任何AC 磁場會對放大器輸入表現為差分，完整地加總到輸出中!為最大限度地降低這種影響，常用方法是把+ 和 - 輸入電纜絞合在一個線對中。這降低了線路頻率和其它噪聲撿拾。通過把輸入導線絞合在一起，如圖1 所示，任何感應的電壓一般都會位于 VCM 通路中，并通過差分放大器進行抑制。

圖1. 把兩條輸入線絞合在一起，環路面積非常小，從而可以降低通過環路的場。任何感應的電壓一般都位于通過差分放大器抑制的 VCM 通路內。

通過把兩條輸入導線編碼到一個鐵素體芯上，可以改進容易受到過高共模信號影響的高頻測量。這衰減了兩個輸入共用的高頻信號。由于差分信號以兩個方向穿過磁芯，因此其不受任何影響。

大多數差分放大器的輸入連接器是外殼接地的 BNC連接器。在使用探頭或同軸電纜輸入連接時，一直有一個怎樣處理接地的問題。由于測量應用不同，因此并沒有一成不變的硬性規定。

在測量低頻率的低電平信號時，最好只在放大器一端連接接地，而在輸入端都不要連接。這為感應到屏蔽中的任何電流提供了一條回路，但不會產生可能擾亂測量或被測器件的接地環路。在較高的頻率上，探頭輸入電容及導線電感構成了可能會振鈴的串聯“諧振”電路。在單端測量中，通過使用最短的地線，可以最大限度地降低這種效應。這降低了電感，可以有效地提高諧振頻率，其可望超過放大器的帶寬。差分測量在兩只探頭尖端之間進行，測量中沒有接地的概念。但是，如果振鈴是由于共模成分快速上升產生的，那么使用短地線可以降低諧振電路中的電感，進而降低振鈴成分。在某些情況下，通過連接地線，也可以降低快速差分信號導致的振鈴，當共模信號源在高頻上擁有非常低的到地阻抗時，可以采用這種方法，即使用電容器避開振鈴。否則，連接地線可能會使情況變得更糟!如果發生這種情況，應試著在輸入端把探頭一起接地，這可以降低通過屏蔽的有效電感。

圖2. 噪聲分量疊加在實際輸出紋波上，導致測量輸出紋波大于實際輸出紋波。

當然，把探頭接地連接到電路上可能會產生接地環路。在測量頻率更高的信號時，這通常不會導致問題。在測量高頻率時，最好嘗試有地線時及沒有地線時進行測量;然后使用提供最佳結果的設置。

在把探頭地線連接到電路上時，記住要把它連接到接地上!在使用差分放大器時，很容易會忘了接地連接在哪里，因為差分放大器可以探測電路中的任何地方，而沒有損壞風險。

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審核編輯 黃宇