6．差分有源探头

差分有源探头是一种特殊的有源探头，与普通单端有源探头的区别在于其前端的放大器是差分放大器，如图5.21所示。差分放大器的好处是可以直接测试高速的差分信号，同时其共模抑制比高，对共模噪声的抑制能力比较好。

图5.21 差分有源探头原理

差分探头都是有源的，因为里面有差分放大器对正负信号相减。差分探头也分为两类：一种是高带宽的差分探头，另一种是高压的差分探头。

高带宽差分探头主要用于高速信号的测试领域，单端的有源探头由于地线环路较长，其探头带宽很少超过6GHz，对于更高带宽的测试领域，一般都是使用差分探头。另外，当信号速率比较高时，特别是高速率的数字信号，基本都是采用差分的传输方式，用差分探头可以直接测试到正负信号相减后的结果，因此高带宽的差分探头在高速数字信号的测试领域使用非常普遍。图5.22是一种30GHz带宽的差分探头，由探头放大器和测试前端两部分组成。

图5.22 一种30GHz的高带宽差分探头

高带宽差分探头由于采用了很高带宽的放大器，通常其输入量程比较有限，很多高带宽差分放大器的动态范围在5V甚至2.5V以内。而且为了保证高的测量带宽，高带宽差分探头的前端要设计得非常紧凑以减小信号的环路。图5.23是上述30GHz的差分有源探头中使用的基于磷化铟材料的高带宽放大器，其和周围器件一起被封装在一个紧凑的屏蔽腔体内。

图5.23 高带宽差分有源探头里面的放大器电路

在另一些场合下，例如高压电的测量、CAN总线的测量、RS485总线的测量、1553B总线的测量等场合下，由于信号速率不高，因此对于带宽要求不高，但是出于接地安全或抗共模干扰等考虑，测试中也需要用差分探头，这时就会用到一些能承受比较高电压输入的差分探头。如图5.24是常用的高压差分探头，可以看到其带宽都不太高（在200MHz以下），但可以测量的电压范围都比较大（几十伏到几千伏）。由于其耐高压和浮地测量能力的特点，在电源或者低速差分总线（如1553B总线）的测试中有广泛应用。

图5.24 常用的高压差分探头

除了单端有源探头和差分有源探头外，还有一种叫作三模探头的特殊探头，三模探头实际上是一种特殊的差分探头。在进行差分信号的测试时需要用户先连接好信号的正端、负端以及地信号，通过探头的内部切换，可以实现差分、单端以及共模这三种模式信号的测量。图5.25是三模探头的测量原理。

图5.25 三模探头的测量原理