示波器的差分信號測量

圖18. 消費(fèi)音頻電子部件中的VCM。這些設(shè)備通常使用雙芯電源線，其機(jī)箱和電路都是浮動的。

共模范圍
任何放大器都有可能被過驅(qū)動，并引起輸出的“鉗位”。當(dāng)輸入的差模信號大到足以強(qiáng)制放大器超出其輸出動態(tài)范圍時，差分放大器也會發(fā)生同樣的效應(yīng)。差分放大器還要承受另一種過載，即超出輸入共模范圍。當(dāng)預(yù)期的信號所依附的電壓（VCM）超出了放大器的輸入共模范圍時就會發(fā)生這種情況。
由于放大器抑制了共模信號，所以動態(tài)范圍受到輸入級而不是輸出擺幅的限制。帶輸入衰減器的放大器共模范圍比差模范圍大。由于共模成分在測量中是看不到的（但愿如此），所以共模范圍過載對于用戶可能并不明顯。當(dāng)共模成分為直流時尤其如此。在超出VCM范圍時，有些放大器的拓?fù)淙匀唤频亟o出帶有明顯增益誤差的差分信號。由于波形貌似正確，很多用戶被這種錯誤的測量結(jié)果所愚弄。
有些放大器帶有過載指示器以警告用戶發(fā)生了共模過載的情況。一個好的方法就是在進(jìn)行重要的測量之前先檢驗(yàn)共模是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)。只要將一個輸入端接地并且用放大器本身測量共模成分就可以很容易地進(jìn)行檢驗(yàn)。然后再對另一個輸入端重復(fù)此過程。

測量完全浮動信號
完全浮動（沒有任何接地）的信號源在用差分放大器進(jìn)行測量時會造成特殊的問題。常見的例子有電池供電的電子設(shè)備、消費(fèi)音頻部件和實(shí)驗(yàn)用生理標(biāo)本。由于沒有分支阻抗接地，該地區(qū)的任何交流電場都可以通過電容耦合到被測設(shè)備中去（參見圖18）。在這種測量環(huán)境中充斥著從熒光燈和建筑物配線中輻射出來的線路頻率電場。當(dāng)這種電場耦合到被測設(shè)備中時，便產(chǎn)生了共模電壓。若耦合量足夠大而放大器的輸入阻抗又比較高，就可能在不經(jīng)意間超出了放大器的共模范圍。當(dāng)放大器配置成儀器用放大器時尤其如此，因?yàn)閷€路頻率的負(fù)載阻抗近乎無限大。
通過提供分支阻抗接地、減少電容性耦合或者減少場強(qiáng)等都可以避免出現(xiàn)過載的情況。增加到地的并聯(lián)支路是最為容易的方法。這種方法不需要直接短路，通常有10 kΩ的電阻就足夠了。如果加入分支阻抗對被測設(shè)備或測量過程造成了干擾，可以試著將被測設(shè)備用接地的金屬屏蔽物封裝起來以減少電容性耦合。這實(shí)際上是加了一個給交流電場提供接地通路的法拉第屏蔽。最后一個方法是設(shè)法將場強(qiáng)減至最小。作為一個好的開始，可以用白熾燈替代熒光燈以及使電路配線與被測設(shè)備之間保持最大距離。

帶寬
差分放大器和單端示波器放大器一樣，常可以對帶寬限制進(jìn)行控制。高增益放大器可以提供低通頻率的選擇。帶寬限制可減少高頻噪聲成分并使低頻的降低減至最小。帶寬限制濾波器位于輸入信號被轉(zhuǎn)換為單端之后。所以，使用帶寬限制不會增加高頻的輸入共模范圍。

術(shù)語
ADC － 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字存儲示波器需要將模擬輸入轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字存儲示波器的“心臟”部件。ADC 的許多特性（如采樣率、分辨率、精度和線性度等）均直接與示波器的性能有關(guān)。
平衡式－ 通過一對線進(jìn)行傳輸?shù)男盘?，每條線的源阻抗相同。地線不可用作信號的返回路徑。
帶寬限制器－ 一種用戶可選的濾波器，用于衰減有用帶寬之外的噪聲。除非特別說明，濾波器均為低通拓?fù)洌瑔螛O（-6 dB/octave）滾降。
鉗位電路－ 一種限制放大器輸出電壓的擺幅使之工作于線性范圍的電路。通常采用減少過載恢復(fù)時間的方法實(shí)現(xiàn)。
削波－ 放大器再現(xiàn)輸入信號時由于輸出電壓范圍不夠而產(chǎn)生的失真的波形。正如其名稱所示，輸出波形好象經(jīng)過了“切削”。
共模－ 輸入信號中差分放大器的兩個輸入端公用（振幅與相位均相同）的成分。理想的差分放大器抑制所有的共模信號。
共模范圍－ 差分放大器可以抑制的共模信號的最大電壓（相對于地）。共模范圍通常比差模范圍大。取決于放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共模范圍可能隨增益而變化。
共模抑制－ 差分放大器對輸入信號中共模成分的消除功能。
共模抑制比(CMRR) － 對差分放大器抑制共模信號的能力的量度。CMRR 的計(jì)算公式為：
CMRR ＝ 差模增益/ 共模增益
由于共模抑制能力一般隨頻率的增加而降低，故通常給出特定頻率下的CMRR 值。
差分放大器－ 一種三端增益電路，可以處理兩個輸入端之間不相同的信號成分，同時忽略兩個輸入端上相同的信號成分。
差模－ 在差分放大器兩個輸入端之間不相同的信號。差模信號（VDM）可以表示為：
VDM = (V+Input ) - (V-Input )
差模范圍－ 差分放大器可以接受而且不會使輸出過載的差分輸入信號的最大振幅。若超出差模范圍，放大器則將信號削波或鉗位。差模范圍通常隨放大器增益的增加而減少。

差分偏移－ 高增益差分放大器中使用的一種電路，用于抵銷出現(xiàn)于差分輸入信號中的直流偏壓。差分偏移電路電氣上相當(dāng)于在一條輸入線上串接一只可調(diào)的電池。
差分探頭－ 為差分應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的探頭。有源差分探頭在其觸點(diǎn)處包含一個差分放大器。無源差分探頭用于差分放大器，并可使兩個信號通道上的直流和交流衰減校準(zhǔn)到精確地互相匹配。
浮動信號－ 不參照地電位的信號。浮動信號不能作為單端儀器的輸入而直接測量。
浮動示波器－ 使得示波器的保護(hù)接地系統(tǒng)失效以便進(jìn)行浮動測量的用法。由于整個示波器的機(jī)箱與探頭的“接地”夾同電位，故這種危險(xiǎn)的做法可能導(dǎo)致用戶遭受電擊。
接地環(huán)路－ 多個低阻抗通路接到同一個地電位而形成的電路。接地環(huán)路起到變壓器短路線匝的作用，可以感應(yīng)出循環(huán)的地電流。這些電流可使電路內(nèi)的地電位發(fā)生輕微的改變。
隔離器，隔離探頭－ 一種利用單端接地儀器進(jìn)行兩點(diǎn)的浮動電壓測量的裝置。其實(shí)現(xiàn)方法是將輸入信號轉(zhuǎn)換為光的形式和/或磁的形式（通過變壓器）。
最大共模轉(zhuǎn)換速率－ 在差分放大器或隔離器輸入端上的共模成分變化速率（dv/dt）的上限。上升時間超出最大共模轉(zhuǎn)換速率指標(biāo)的信號可能會使輸出信號產(chǎn)生極度的失真。此指標(biāo)有時稱為儀器的最大非破壞性極限。
準(zhǔn)差分－ 建立差分放大器的一種方法，做法是將兩個常規(guī)示波器的輸入通道相加（其中的一個通道設(shè)置為反轉(zhuǎn)方式）。為了產(chǎn)生有意義的結(jié)果，兩個通道必須設(shè)置在相同的“電壓/ 分度”檔位。與真正的差分放大器相比，準(zhǔn)差分方式的共模范圍有限，而且CMRR 值較低，尤其是在高頻段。
偏壓補(bǔ)償（比較電壓