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如何最大限度地降低差分测量误差?

PRBTEK 来源:PRBTEK 作者:PRBTEK 2024-04-19 09:57 次阅读

今天我们来详细讲下如何最大限度地降低差分测量误差

首先,我们要清楚,把差分放大器或探头连接到信号源上一般是最大的误差来源。为保持输入匹配,两条通路应尽可能完全相同。对两个输入,任何线缆的长度都应该相同。

如果对每条信号线使用单独的探头,那么它们应该采用相同的型号和电缆长度。在使用大的共模电压测量低频信号时,要避免使用衰减探头。在高增益上,之所以不能使用衰减探头,因为不可能精确地平衡其衰减。在高压或高频应用需要衰减时,应使用为差分应用专门设计的专用无源探头。这些探头拥有相应的功能,可以精确地调整 DC 衰减和 AC 补偿。为实现最佳性能,应把一套探头专用于每个特定的放大器,并使用探头自带的程序校准该放大器。

单独的输入线缆会成为变压器线圈。穿过环路的任何AC 磁场会对放大器输入表现为差分,完整地加总到输出中!为最大限度地降低这种影响,常用方法是把+ 和 - 输入电缆绞合在一个线对中。这降低了线路频率和其它噪声捡拾。通过把输入导线绞合在一起,如图1 所示,任何感应的电压一般都会位于 VCM 通路中,并通过差分放大器进行抑制。

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图1. 把两条输入线绞合在一起,环路面积非常小,从而可以降低通过环路的场。任何感应的电压一般都位于通过差分放大器抑制的 VCM 通路内。

通过把两条输入导线编码到一个铁素体芯上,可以改进容易受到过高共模信号影响的高频测量。这衰减了两个输入共用的高频信号。由于差分信号以两个方向穿过磁芯,因此其不受任何影响。

大多数差分放大器的输入连接器是外壳接地的 BNC连接器。在使用探头或同轴电缆输入连接时,一直有一个怎样处理接地的问题。由于测量应用不同,因此并没有一成不变的硬性规定。

在测量低频率的低电平信号时,最好只在放大器一端连接接地,而在输入端都不要连接。这为感应到屏蔽中的任何电流提供了一条回路,但不会产生可能扰乱测量或被测器件的接地环路。在较高的频率上,探头输入电容及导线电感构成了可能会振铃的串联“谐振”电路。在单端测量中,通过使用最短的地线,可以最大限度地降低这种效应。这降低了电感,可以有效地提高谐振频率,其可望超过放大器的带宽。差分测量在两只探头尖端之间进行,测量中没有接地的概念。但是,如果振铃是由于共模成分快速上升产生的,那么使用短地线可以降低谐振电路中的电感,进而降低振铃成分。在某些情况下,通过连接地线,也可以降低快速差分信号导致的振铃,当共模信号源在高频上拥有非常低的到地阻抗时,可以采用这种方法,即使用电容器避开振铃。否则,连接地线可能会使情况变得更糟!如果发生这种情况,应试着在输入端把探头一起接地,这可以降低通过屏蔽的有效电感。

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图2. 噪声分量叠加在实际输出纹波上,导致测量输出纹波大于实际输出纹波。

当然,把探头接地连接到电路上可能会产生接地环路。在测量频率更高的信号时,这通常不会导致问题。在测量高频率时,最好尝试有地线时及没有地线时进行测量;然后使用提供最佳结果的设置。

在把探头地线连接到电路上时,记住要把它连接到接地上!在使用差分放大器时,很容易会忘了接地连接在哪里,因为差分放大器可以探测电路中的任何地方,而没有损坏风险。

以上内容由普科科技prbtek为您分享,如果您在选型/使用过程中有什么问题,欢迎咨询普科科技官网www.prbtek.cn。

公司目前致力于示波器测试附件配件研发、生产、销售,涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、电源纹波探头、柔性电流探头、近场探头、电流互感器、射频测试线缆、探头附件等。

审核编辑 黄宇

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