差分示波器測(cè)量

初步介紹差分測(cè)量、放大器類(lèi)型、應(yīng)用及怎樣避免常見(jiàn)錯(cuò)誤

當(dāng)存在500 mVp-p、60 Hz 的共模噪聲時(shí)，使用傳統(tǒng)示波器探頭不能測(cè)量模擬的4 mVp-p心跳波形（上圖）。差分放大器則可以從噪聲中提取信號(hào)。

引論
所有測(cè)量都是兩點(diǎn)測(cè)量
人們一直在一條電路的兩點(diǎn)之間測(cè)量電壓，不管是使用電壓表還是使用示波器。當(dāng)示波器探頭接觸電路中的一點(diǎn)時(shí)，即使沒(méi)有連接地線(xiàn)，通常也會(huì)在顯示器上出現(xiàn)波形。在這種情況下，測(cè)量的參考點(diǎn)是經(jīng)過(guò)示波器機(jī)箱的安全接地通往電路中的電氣地。
數(shù)字電壓表通過(guò)兩個(gè)探頭測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的電位。由于這兩個(gè)探頭是彼此隔離的，因此這兩點(diǎn)可以位于電路中任何地方。但情況并不總是如此。在數(shù)字電壓表出現(xiàn)前，人們使用VOM（萬(wàn)用表）手持式儀表測(cè)量“浮動(dòng)”電路。由于這些儀表是無(wú)源的，因此它們往往會(huì)給被測(cè)電路帶來(lái)負(fù)荷。使用高阻抗VTVM（真空管電壓表），可以執(zhí)行侵入性較小的測(cè)量。VTVM 有一個(gè)重大的局限性，即其測(cè)量總是以地為參考點(diǎn)。VTVM外殼接地，并連接到參考引線(xiàn)上。由于固態(tài)增益電路的問(wèn)世，高性能電壓表可以與地線(xiàn)隔離，從而可以執(zhí)行浮動(dòng)測(cè)量。
目前的大多數(shù)示波器，如老式VTVM，只能測(cè)量以大地為參考點(diǎn)的電壓，地線(xiàn)則連接到示波器機(jī)箱上。這稱(chēng)為“單端”測(cè)量，探頭地線(xiàn)提供了參考通路。遺憾的是，有時(shí)這種局限性會(huì)降低測(cè)量的完整性，或不可能進(jìn)行測(cè)量。

如果被測(cè)電壓位于兩個(gè)電路節(jié)點(diǎn)之間而且這兩點(diǎn)均未接地，那就不能使用傳統(tǒng)的示波器探測(cè)技術(shù)。常見(jiàn)的實(shí)例是測(cè)量開(kāi)關(guān)電源中的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（參見(jiàn)圖1）。
像普通電話(huà)線(xiàn)路中的那種平衡信號(hào)（在兩條引線(xiàn)之間，且沒(méi)有地回路）是不能直接測(cè)量的。我們將會(huì)看到，甚至某些“以地為參考”的信號(hào)也不能如實(shí)地使用單端技術(shù)來(lái)測(cè)量。

如果地線(xiàn)不成其為地線(xiàn)
我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)“接地環(huán)路”，書(shū)本上教我們避免“接地環(huán)路”。但接地環(huán)路是怎樣破壞示波器測(cè)量的呢？當(dāng)兩條或多條單獨(dú)的接地通路聚結(jié)于兩點(diǎn)或多點(diǎn)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。其結(jié)果是導(dǎo)體連成了一個(gè)環(huán)。當(dāng)出現(xiàn)變化的磁場(chǎng)時(shí)，這個(gè)環(huán)就成了變壓器的次級(jí)，其本質(zhì)是一個(gè)短路線(xiàn)匝。在其附近傳送非直流電流的任何導(dǎo)體都可以產(chǎn)生激勵(lì)這個(gè)變壓器的磁場(chǎng)。主配線(xiàn)中的交流線(xiàn)電壓、甚至數(shù)字集成電路的輸出引線(xiàn)，都可能產(chǎn)生這種激勵(lì)。在環(huán)路中循環(huán)的電流會(huì)在環(huán)路內(nèi)任何阻抗的兩端產(chǎn)生電壓。這樣，在任何給定的瞬間，接地環(huán)路中的不同點(diǎn)將不處在同一電位。把示波器探頭的地線(xiàn)連接到被測(cè)電路的地上，如果電路“接地”到大地，就會(huì)形成接地環(huán)路（參見(jiàn)圖2）。循環(huán)電流作用在探頭通路內(nèi)部的阻抗上會(huì)在其中產(chǎn)生電壓電位。

圖1. 在測(cè)試點(diǎn)TP1 和TP2 之間測(cè)量開(kāi)關(guān)電源中的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。兩點(diǎn)都沒(méi)有接地。

圖2. 示波器探頭形成的接地環(huán)路。示波器的金屬機(jī)箱和被測(cè)器件連接到安全地和內(nèi)部電源公用線(xiàn)上。示波器探頭地則通過(guò)輸入端BNC 連接器連接到示波器機(jī)箱上。

這樣，示波器輸入端BNC 連接器上的“地”電位就不同于被測(cè)電路中的地電位（也就是說(shuō)“地線(xiàn)不成其為地線(xiàn)”）。這種電位差可以是幾微伏，也可以高達(dá)幾百毫伏。由于示波器以輸入端BNC 連接器外殼作為測(cè)量參考點(diǎn)，故顯示的波形可能并不代表探頭輸入端上的實(shí)際信號(hào)。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的幅度下降時(shí)，誤差會(huì)變得更加明顯，這在傳感器和生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中十分常見(jiàn)。
在這些情況下，人們經(jīng)常會(huì)去掉探頭的接地線(xiàn)。只有在測(cè)量頻率極低的信號(hào)時(shí)，這種方法才有效。在較高的頻率上，探頭開(kāi)始在信號(hào)中增加因諧振電路（由觸點(diǎn)電容和屏蔽電感組成）產(chǎn)生的“環(huán)”（參見(jiàn)圖3）。(正因?yàn)槿绱?，您永遠(yuǎn)要使用盡可能短的地線(xiàn)。)

圖3. 探頭觸點(diǎn)電容和接地電感形成的串聯(lián)諧振電路。

我們現(xiàn)在遇到了一種兩難的情況：造成接地環(huán)路，在測(cè)量中增加誤差；或去掉探頭地線(xiàn)，在波形中增加環(huán)！為了斷開(kāi)接地環(huán)路而經(jīng)常試用的第二種方法是“浮動(dòng)”示波器或“浮動(dòng)”被測(cè)電路?！案?dòng)”是指在被測(cè)設(shè)備上或在示波器上使安全接地的導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)路從而斷開(kāi)與大地的連接。浮動(dòng)示波器或浮動(dòng)被測(cè)設(shè)備（DUT）之后，便可利用短地線(xiàn)使環(huán)達(dá)到最小，而且不會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。

這種作法本身具有危險(xiǎn)性，因?yàn)樵谥髋渚€(xiàn)發(fā)生短路時(shí)，它會(huì)使電擊保護(hù)措施失效。（某些專(zhuān)用電池操作的便攜式示波器采用絕緣材料，可以安全進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量。） 在嚴(yán)格接地的示波器（或被測(cè)設(shè)備）的電源線(xiàn)中放一個(gè)合適的接地故障斷路器（GFCI），可以恢復(fù)操作人員的安全。但要知道，如果沒(méi)有低阻抗的接地連接，示波器的放射輻射和傳導(dǎo)輻射現(xiàn)在可能會(huì)超過(guò)政府標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)給測(cè)量本身造成干擾。在較高的頻率上，斷開(kāi)接地線(xiàn)也不可能打破接地環(huán)路，因?yàn)椤案?dòng)”電路實(shí)際上通過(guò)雜散電容耦合到大地（參見(jiàn)圖4）。

圖4. 使用接地的示波器探測(cè)“浮動(dòng)的”電池供電手機(jī)。手機(jī)電路和鋼制工作臺(tái)構(gòu)架之間的電容對(duì)高頻率構(gòu)成了虛擬接地環(huán)路。即使測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有引入接地環(huán)路，被測(cè)設(shè)備內(nèi)部仍可能存在“地線(xiàn)不成其為地線(xiàn)”的綜合癥（參見(jiàn)圖5）。大的靜態(tài)電流和高頻電流作用在設(shè)備接地通路中的電阻性元件和電感性元件上便產(chǎn)生了電壓梯度。在這種情況下，電路中某一點(diǎn)的“地”電位將不同于另一點(diǎn)的“地”電位。

圖5. 接地布線(xiàn)系統(tǒng)中的微小寄生電感和電阻導(dǎo)致VG ≠ V’G。

例如，系統(tǒng)中高增益放大器的輸入端的地與電源的“地”電位相差幾毫伏。為了精確地測(cè)量放大器所看到的輸入信號(hào)，探頭必須參考放大器輸入端的地。這些效應(yīng)多年來(lái)一直是靈敏模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)。在快速數(shù)字系統(tǒng)中也有同樣的效應(yīng)。接地布線(xiàn)系統(tǒng)中的微小電感可能會(huì)在其兩端產(chǎn)生電位，導(dǎo)致“地面反跳”。檢修受到接地電壓梯度影響的系統(tǒng)是非常困難的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不能真正查看各個(gè)器件所“看到”的信號(hào)。把示波器探頭地線(xiàn)連接到器件的“接地”點(diǎn)上，會(huì)導(dǎo)致不確定性，這些不確定性使新通路的影響添加到接地梯度中。在連接探頭地線(xiàn)時(shí)，如果電路中的問(wèn)題變好(或變差)，則表明確實(shí)發(fā)生了變化。我們真正需要的是一種能夠用示波器測(cè)量可疑器件輸入端上的實(shí)際信號(hào)的方法。
通過(guò)使用適當(dāng)?shù)牟罘址糯笃?、探頭或隔離器，可以執(zhí)行精確的兩點(diǎn)示波器測(cè)量，而不會(huì)引入接地環(huán)路或使測(cè)量失敗、擾亂被測(cè)器件或使用戶(hù)面臨電擊危險(xiǎn)。
市場(chǎng)上為示波器提供了多種差分放大器和隔離系統(tǒng)，每一種都針對(duì)特定的一類(lèi)測(cè)量進(jìn)行了優(yōu)化。為了選擇合適的解決方案，必需理解各種術(shù)語(yǔ)。

差分測(cè)量基礎(chǔ)
差分測(cè)量概述
理想的差分放大器放大兩個(gè)輸入端之間的“差”信號(hào)，而且會(huì)徹底抑制兩個(gè)輸入端共用的任何電壓（參見(jiàn)圖6）。其轉(zhuǎn)換公式是：
VO = AV( V+in - V-in)
其中VO 參考大地電位。
受關(guān)注的電壓，或差信號(hào)，稱(chēng)之為差分電壓或差模信號(hào)，表示為VDM(VDM 就是上述轉(zhuǎn)換公式中的V+in - V-in)。
兩個(gè)輸入端共用的電壓稱(chēng)為共模電壓，用VCM表示。差分放大器忽略VCM的特性稱(chēng)為共模抑制或CMR。理想的差分放大器會(huì)抑制所有的共模成分，不管其幅度和頻率是多少。

圖6. 差分放大器

在圖7中，差分放大器用于測(cè)量逆變器電路中上部的MOSFET（場(chǎng)效應(yīng)管）柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。隨著MOSFET 的通和斷，源極電壓從正的電源匯流條擺到負(fù)的電源匯流條。變壓器可以使柵極信號(hào)以源極為參考點(diǎn)。差分放大器允許示波器以足夠的分辨率（如2 V/ 分度）測(cè)量實(shí)際VG S 信號(hào)(擺幅為幾伏)，同時(shí)抑制幾百伏的源極到地的躍遷。

共模抑制比(CMRR)
差分放大器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案并不能抑制所有的共模信號(hào)。少量共模信號(hào)將作為誤差信號(hào)出現(xiàn)在輸出中，無(wú)法從預(yù)期的差分信號(hào)中辨別出來(lái)。衡量差分放大器消除不希望的共模信號(hào)的能力，稱(chēng)為共模抑制比或簡(jiǎn)寫(xiě)為CMRR。CMRR的真正定義是“差模增益除以相對(duì)于輸入的共模增益”：
CMRR =ADM / ACM

圖7. 用來(lái)測(cè)量逆變器橋電路中上部晶體管的柵極- 源極電壓的差分放大器。注意在測(cè)量過(guò)程中，源極電位變化了350V。

圖8. CMRR為10,000:1的差分放大器的共模誤差。

圖9. 對(duì)共模抑制進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。由同一點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輸入端。殘留的共模出現(xiàn)在輸出端。此項(xiàng)測(cè)試沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不同的源極阻抗的影響。

這是在實(shí)際測(cè)量環(huán)境中確定共模抑制誤差范圍的一種便利的測(cè)試方法。但有一種效應(yīng)是這個(gè)測(cè)試沒(méi)有捕獲到的。兩個(gè)輸入端接到同一點(diǎn)上，在放大器看來(lái)驅(qū)動(dòng)阻抗沒(méi)有差別。這種情況會(huì)產(chǎn)生最佳的CMRR。當(dāng)差分放大器的兩個(gè)輸入端是由差別明顯的源極阻抗驅(qū)動(dòng)時(shí)，CMRR 值會(huì)降低。這種效應(yīng)的詳情將在以后討論（參見(jiàn)第13 頁(yè)輸入阻抗對(duì)CMRR 的影響）。

其他指標(biāo)參數(shù)
差模范圍相當(dāng)于放大器或單端示波器輸入端的輸入范圍指標(biāo)。超出此范圍的輸入電壓將使放大器受到過(guò)渡驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致輸出被削波或非線(xiàn)性失真。

共模范圍是放大器能夠抑制共模信號(hào)的電壓窗口。共模范圍通常大于或等于差模范圍。共模范圍有可能隨著放大器增益的不同設(shè)置而改變，這取決于放大器的拓?fù)?。超出放大器的共模范圍可以在輸出端?dǎo)致各種結(jié)果。在有些情況下，輸出波形未被削波，可以生成與真實(shí)的輸入信號(hào)非常近似的輸出波形，但有一些附加的偏移。這時(shí)顯示的波形與期望的波形非常接近，足以讓用戶(hù)毫不遲疑地接受。在進(jìn)行差分測(cè)量前先檢驗(yàn)共模信號(hào)是否處于可接受的共模范圍之內(nèi)，總不失為一個(gè)好方法。
最大共模轉(zhuǎn)換速率適用于某些差分放大器和大多數(shù)隔離器。這項(xiàng)指標(biāo)常令人困惑但卻非常重要。一部分困惑緣自?xún)x器制造商之間缺少標(biāo)準(zhǔn)的定義。而且不同的放大器和隔離器在超出最大共模轉(zhuǎn)換速率時(shí)的表現(xiàn)也不盡相同。最大共模轉(zhuǎn)換速率實(shí)質(zhì)上是對(duì)CMRR 指標(biāo)的補(bǔ)充。本指標(biāo)的單位一般為kV/μs。
有些類(lèi)型的差分放大器也像其他放大器一樣，在超出小信號(hào)的帶寬指標(biāo)之前就超出了大信號(hào)轉(zhuǎn)換速率的限制。當(dāng)差分放大器一端或兩端被驅(qū)動(dòng)到轉(zhuǎn)換速率的極限時(shí)，共模抑制就會(huì)急劇降低。與CMRR 不同的是，最大轉(zhuǎn)換速率并不意味著輸出端共模饋通量的增加。一旦超過(guò)了最大共模轉(zhuǎn)換速率，一切均無(wú)從談起－ 輸出就像被鉗位在一個(gè)電源匯流條上。
但是對(duì)于隔離器來(lái)說(shuō)，這種影響表現(xiàn)得為更加漸進(jìn)－ 就像差分放大器中的CMR一樣。隨著共模轉(zhuǎn)換速率的增加（與頻率相對(duì)），有更多的共模成分“饋通”到輸出端。這個(gè)指標(biāo)從直覺(jué)上表示的是在輸出端出現(xiàn)已知的饋通量時(shí)的最大共模轉(zhuǎn)換速率。需要注意的是，某些隔離器的共模轉(zhuǎn)換速率實(shí)際上就是最大非破壞性極限。這一點(diǎn)非常重要。當(dāng)轉(zhuǎn)換速率比最大指標(biāo)低得多時(shí)，進(jìn)行有意義的測(cè)量的能力將會(huì)受損。在使用隔離器時(shí)，最好能在重要的測(cè)量之前先測(cè)試共模饋通。這很容易做到，只需在探頭觸點(diǎn)和參考線(xiàn)上都用同一共模信號(hào)驅(qū)動(dòng)并觀察輸出信號(hào)。

差分放大器和探頭的類(lèi)型
內(nèi)置差分放大器。很多示波器都能夠用內(nèi)置的功能進(jìn)行最簡(jiǎn)單的差分測(cè)量。這種方式叫做“chanel A － chanel B”（通道A 減通道B）方式或者“準(zhǔn)差分”方式。雖然性能上受到限制，這項(xiàng)技術(shù)還是適合一些測(cè)量的需求的。為了進(jìn)行差分測(cè)量，要使用兩個(gè)垂直通道，一個(gè)用于正輸入，一個(gè)用于負(fù)輸入。用于負(fù)輸入的通道被設(shè)置成反轉(zhuǎn)方式，顯示方式則設(shè)置為“ADD Channel　A + Channel B”（通道A 加通道B）。為了正常工作，兩個(gè)輸入必須設(shè)定在相同的標(biāo)度系數(shù)，兩個(gè)輸入探頭也必須是同型號(hào)的?，F(xiàn)在顯示器上出現(xiàn)的就是兩個(gè)輸入端的差電壓。
為了獲得最大的CMRR，兩個(gè)通道的增益應(yīng)當(dāng)匹配。這不難做到，只須將兩個(gè)探頭連接到方波信號(hào)源并使信號(hào)源的振幅保持在設(shè)定的“電壓/ 分度”的動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)（大約±6 分度）。將一個(gè)通道的增益方式設(shè)置為“uncalibrated - variable”（非校準(zhǔn)－可變），并調(diào)節(jié)可變?cè)鲆婵刂菩o直到顯示的波形成為平直的軌跡。這項(xiàng)技術(shù)的主要局限性在于其共模范圍比較小，這是示波器垂直通道的動(dòng)態(tài)范圍造成的。一般來(lái)說(shuō)，其值小于“電壓/分度”設(shè)定值的10 倍（相對(duì)于地）。只要VCM > VDM，獲得了差分結(jié)果的這種工作方式就可以認(rèn)為是從兩個(gè)大電壓中提取了小差值。
在模擬信號(hào)數(shù)字化以后，大多數(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器是在數(shù)字域中完成波形的數(shù)學(xué)分析。在減掉了共模信號(hào)之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器有限的分辨率常常不適于檢查所得到的差分信號(hào)。由于兩個(gè)通道的交流增益沒(méi)有精確地匹配，高頻的CMRR 相當(dāng)?shù)土印?br>這項(xiàng)技術(shù)適用于共模信號(hào)的振幅等于或低于差模信號(hào)，以及共模成分為直流或低頻（如50 或60 Hz 的供電線(xiàn)）的情況。在測(cè)量中等幅度的信號(hào)時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)可以有效地消除接地環(huán)路。

高電壓差分探頭。最近，市場(chǎng)上出現(xiàn)了高電壓有源差分探頭。一種采用固定衰減（帶可變換差分增益）的新的拓?fù)淇梢允惯@些探頭在所有的增益設(shè)置上保持其全部的共模范圍。這種單一的衰減器大大降低了復(fù)雜程度從而減少了用戶(hù)的成本。
這種探頭為測(cè)量線(xiàn)連電路（通常用于開(kāi)關(guān)電源、功率變換器、電動(dòng)機(jī)、電燈鎮(zhèn)流器等）提供了費(fèi)用合理而又安全的方法。由于共模范圍高達(dá)1,000 V，這種探頭就不需要極其危險(xiǎn)的“浮動(dòng)示波器”的做法。最近，工作場(chǎng)所意外傷害監(jiān)控組織，如美國(guó)的OSHA（職業(yè)安全和健康條例），強(qiáng)化了他們對(duì)設(shè)備接地的檢查，違者將課以高額罰款。
除了安全上的好處之外，這種探頭還可改進(jìn)測(cè)量質(zhì)量。一個(gè)明顯的好處是能夠充分利用示波器的多個(gè)通道來(lái)同時(shí)觀察涉及不同電壓的多個(gè)信號(hào)。由于這是真正的差分探頭，故兩個(gè)輸入端均為高阻抗，即高電阻和低電容。浮動(dòng)示波器和隔離器不具有平衡式的輸入。參考點(diǎn)（探頭上的“接地”夾）有相當(dāng)大的對(duì)地電容。參考點(diǎn)所連接的任何源阻抗在快速共模躍遷過(guò)程中都會(huì)承受負(fù)荷，并使信號(hào)衰減。

圖10. 即便示波器處于“浮動(dòng)”狀態(tài)，寄生電容也會(huì)形成交流分壓器從而增加測(cè)量的誤差。注意：回動(dòng)的探頭引線(xiàn)會(huì)給柵極增加>100 pF 的電容，有可能破壞電路。

更有甚者，高電容還可能損壞某些電路（參見(jiàn)圖10）。將示波器的公共端接到逆變器上部的柵極可以使柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)滯后，阻礙器件的關(guān)斷并破壞輸入橋。這種故障通常還會(huì)在工作臺(tái)上出現(xiàn)小火花，很多功率電子器件的設(shè)計(jì)人員都可以作證。
使用平衡的低輸入電容的高壓差分探頭，可以用任何引線(xiàn)安全地探測(cè)電路上的任一點(diǎn)。
高增益差分放大器。高增益差分放大器經(jīng)常屬于外接附件，可以使示波器測(cè)量幅度極低的信號(hào)，甚至小到幾個(gè)微伏。為了避免因接地環(huán)路和接地梯度效應(yīng)造成的破壞，這些信號(hào)總是以差分方式進(jìn)行測(cè)量的，即便它們是以地為參考。當(dāng)源不以地為參考時(shí)，共模信號(hào)可以比有用的差模信號(hào)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，這些放大器的CMRR值極高，經(jīng)常達(dá)到1,000,000:1 或者更高。
有些高增益放大器還具有可以改善低幅度測(cè)量完整性的附加功能?？蛇x的低通濾波功能可以使用戶(hù)從低頻信號(hào)中去除頻帶外噪聲。差分偏移功能可用于消除引入到輸入配線(xiàn)或傳感器橋的偏置電壓中的伽伐尼電位。為了能用于高驅(qū)動(dòng)阻抗的信號(hào)源，有些型號(hào)還允許用戶(hù)將輸入設(shè)定在幾乎無(wú)限大的阻抗上。
對(duì)任何差分放大器來(lái)說(shuō)，通道增益最輕微的不匹配都會(huì)使放大器的高CMRR值大大降低。當(dāng)應(yīng)用中需要使用示波器探頭時(shí)，只能使用相同的非衰減模式（1X），因?yàn)樗p的探頭可能匹配得不夠好，不足以保持CMRR 值。
高性能差分放大器。帶有插入式放大器的示波器的出現(xiàn)使得高性能差分放大器的使用成為可能。這種放大器綜合了許多特性，適合于多種應(yīng)用。校準(zhǔn)的偏壓補(bǔ)償可以使該放大器用于單端模式，其軌跡可以參考距地幾千個(gè)分度的位置。
這樣就有可能精確地測(cè)量電源中的波紋谷值以及功率放大器的凈空度。最先進(jìn)的高速鉗位電路能使放大器從超標(biāo)幾百倍的輸入過(guò)載中迅速恢復(fù)。這就提供了直接測(cè)量放大器和DAC電路的穩(wěn)定時(shí)間的可能性。

這種放大器的特點(diǎn)是帶寬指標(biāo)高達(dá)100 MHz以上，CMRR特性也很好。但是CMRR 指標(biāo)是在兩個(gè)輸入端直接連在一起而且用低阻抗信號(hào)源驅(qū)動(dòng)的情況下獲得的。在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)源阻抗和通道增益的差異會(huì)使高頻時(shí)CMRR 值明顯降低。
差分無(wú)源探頭。為了盡量減少性能的退化，這些放大器只能使用特別匹配的差分無(wú)源探頭。要保證按照探頭制造商給出的程序針對(duì)該放大器對(duì)探頭進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)。
高帶寬有源差分探頭。這種探頭在其觸點(diǎn)處對(duì)信號(hào)進(jìn)行緩沖，以此保持高頻CMRR 的質(zhì)量，故可消除無(wú)源探頭導(dǎo)致的性能下降問(wèn)題。這種探頭具有高帶寬（100 MHz 以上）、高靈敏度，而且有極佳的高頻CMRR 性能。這種探頭一般用于測(cè)量磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的讀出電路（其信號(hào)本質(zhì)上是差分信號(hào)）。由于在查找地面反跳問(wèn)題時(shí)不會(huì)改變接地梯度，這種探頭在探查高速數(shù)字電路時(shí)得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。
電壓隔離器。盡管電壓隔離器不是真正的差分放大器，但它們提供了安全地測(cè)量浮動(dòng)電壓的一種手段。與差分放大器相比，隔離器也有一些折衷的優(yōu)勢(shì)，選擇哪一種則取決于應(yīng)用。如其名稱(chēng)所示，隔離器并不直接連接浮動(dòng)的輸入端與接地的輸出端。信號(hào)的耦合是通過(guò)光學(xué)方法或多路徑的光學(xué)/ 變壓器方法實(shí)現(xiàn)的。其物理配置有兩種：集成的單件系統(tǒng)和分立的發(fā)送器/ 接收器系統(tǒng)。
發(fā)送器與接收器分立的型號(hào)是靠光纜相連。發(fā)送器由可充電電池供電，可以遠(yuǎn)離接收器。在信號(hào)發(fā)源地的環(huán)境不適于人或示波器的情況下，這種方式是很有用的。隔離器還可用于極高的共模電壓。浮動(dòng)電壓指標(biāo)通常受手持式探頭的絕緣電壓的制約。
如果斷電的被測(cè)設(shè)備可以連接探頭，則浮動(dòng)電壓只受發(fā)送器與地之間的物理間距的限制。
由于隔離器沒(méi)有對(duì)地的電阻性通路，所以在對(duì)泄漏電流極為敏感的應(yīng)用中是一種很好的選擇。裝有靈敏的GFCI (接地故障斷路器)的電路，如醫(yī)用電子設(shè)備，在連接到差分放大器時(shí)可能引起GFCI 跳閘。而沒(méi)有終止于地的衰減器也使隔離器對(duì)靜態(tài)（直流）共模電壓具有無(wú)限的CMRR。

圖11. 隔離外殼產(chǎn)生的不平衡輸入電容。由此形成的交流分壓器使得探頭夾子處的Vref’≠Vref

隔離器的劣勢(shì)在于它不是真正的差分放大器，也就是說(shuō)，它的輸入是不平衡的（參見(jiàn)圖11）。測(cè)量（+）輸入端和參考（-）輸入端對(duì)大地的電容差別相當(dāng)大。這就產(chǎn)生了與前述浮動(dòng)示波器相同的問(wèn)題。參考引線(xiàn)的源阻抗在高頻段與接地電容形成了一個(gè)衰減器。
將參考點(diǎn)連接到電路中驅(qū)動(dòng)阻抗最低的點(diǎn)上（必要時(shí)可顛倒示波器的通道以便重新獲得正確的極性）即可使這些問(wèn)題的影響減至最小。如果隔離器的發(fā)送器與接收器是分立的，應(yīng)盡可能將發(fā)送器與接地表面相隔離，以便最大限度地減少對(duì)地的電容耦合。將隔離器置于紙板箱或木制板條箱內(nèi)都可以顯著改進(jìn)其性能！

差分測(cè)量的應(yīng)用
功率電子部件
高電壓差分放大器是測(cè)量線(xiàn)路連接電路的理想的手段，這種電路包括開(kāi)關(guān)電源的原線(xiàn)圈、電動(dòng)機(jī)、電燈鎮(zhèn)流器，以及其他類(lèi)似的系統(tǒng)。這種電路不需要“浮動(dòng)示波器”這樣的危險(xiǎn)做法。低的輸入電容也不會(huì)增加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)荷而影響逆變器的運(yùn)行。
在描述功率開(kāi)關(guān)器件（如MOSFET 和IGBT）的特性時(shí)常常要測(cè)量動(dòng)態(tài)飽和特性。帶有高速輸入鉗位電路的高性能差分放大器能夠精確地測(cè)量導(dǎo)通飽和度，即當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)過(guò)驅(qū)動(dòng)（滿(mǎn)標(biāo)度的幾百倍）之后的幾納秒。這樣就可以使用精確測(cè)量飽和度特性所需要的高靈敏度。
在測(cè)量次級(jí)電路時(shí)這種放大器也是有用的。通過(guò)激活校準(zhǔn)的偏壓補(bǔ)償（也叫比較電壓），放大器也可用于單端模式以監(jiān)視波紋谷和線(xiàn)性穩(wěn)壓器的凈空度（參見(jiàn)圖12）。若將偏壓補(bǔ)償設(shè)定到輸出電壓，則可以在各種動(dòng)態(tài)負(fù)荷條件下以高靈敏度直接測(cè)量VCE 凈空度。

系統(tǒng)功率分配
在開(kāi)發(fā)高精度模擬量、混合信號(hào)和高速數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，常常要解決功率分配方面的問(wèn)題。這種工作可能是設(shè)計(jì)者最可怕的夢(mèng)魘。CAD 系統(tǒng)經(jīng)常也無(wú)助于事，因?yàn)楹茈y或者根本不可能為引起此類(lèi)問(wèn)題的微小的寄生效應(yīng)建立模型。配備了差分放大器的示波器是追蹤和鑒別系統(tǒng)中的故障點(diǎn)的最好工具。

圖12. 用校準(zhǔn)的偏壓補(bǔ)償精確測(cè)量輸出穩(wěn)壓器集電極上的電源波紋谷。注意：示波器設(shè)定在100 mV/ 分度，地電位在屏幕外61 個(gè)分度。

圖13. 平衡橋電路中的傳感器。在兩個(gè)分壓支路的抽頭之間進(jìn)行差分測(cè)量。

單端測(cè)量常常將功率分配問(wèn)題隱藏起來(lái)，因?yàn)檫@種測(cè)量為被測(cè)信號(hào)另外提供了接地路徑。這不僅使測(cè)量發(fā)生了變化，而且也常常會(huì)影響電路的工作，可能改進(jìn)也可能降低電路的性能。
將差分探頭置于集成電路的電源引線(xiàn)上，可以給出器件電源的真實(shí)狀況。邏輯器件的引線(xiàn)電感常常使集成電路與局部的旁路電容隔離開(kāi)來(lái)。即便電源看似純凈，接地和電源引腳也可能相對(duì)于系統(tǒng)中的其他地線(xiàn)發(fā)生漂移。移動(dòng)探頭可以跟蹤單個(gè)器件的地與系統(tǒng)中其他地之間的動(dòng)態(tài)接地電壓梯度。數(shù)字系統(tǒng)中的地面反跳效應(yīng)可能更容易測(cè)量。在集成電路的輸入引腳及接地引腳之間進(jìn)行探查就可給出該器件所看到的實(shí)際信號(hào)的狀況。

平衡信號(hào)
有些系統(tǒng)使用的信號(hào)本質(zhì)上就是差分信號(hào)。當(dāng)信號(hào)兩端共有同一的驅(qū)動(dòng)阻抗時(shí)就認(rèn)為這兩端是平衡的。平衡系統(tǒng)在專(zhuān)業(yè)音頻設(shè)備、電話(huà)和磁記錄系統(tǒng)（模擬與數(shù)字存儲(chǔ)器）中是很普遍的，這里僅給出少數(shù)幾例。差分信號(hào)在高速數(shù)字系統(tǒng)中也分布得越來(lái)越普遍。如果對(duì)這種信號(hào)一次測(cè)量一端并將結(jié)果“相加”，那么這種低效率的嘗試充其量是一種容易出錯(cuò)的方法。當(dāng)只有信號(hào)的一端承載探頭時(shí)能量就經(jīng)常轉(zhuǎn)移到未被測(cè)量的一端。以差分方法測(cè)量平衡系統(tǒng)可以得到信號(hào)的真實(shí)描述。

傳感器
差分測(cè)量普遍應(yīng)用于傳感器系統(tǒng)。由于信號(hào)幅度小，還需要消除接地環(huán)路，所以就排除了使用單端測(cè)量的可能性。“傳感器”一詞使人想到了用于測(cè)量機(jī)械現(xiàn)象的設(shè)備，如測(cè)量加速度、振動(dòng)、壓力等等。差分測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用已超出了這一范圍，還包括視頻和醫(yī)學(xué)成象器、麥克風(fēng)、化學(xué)傳感器，等等，不一而足。
電阻值可以發(fā)生變化的傳感器經(jīng)常工作在所謂平衡橋的配置中（參見(jiàn)圖13）。這種配置是利用三個(gè)已知電阻器和傳感器構(gòu)成一對(duì)分壓器。橋電路電源為這對(duì)分壓器提供偏壓，而在分壓器的抽頭之間進(jìn)行差分式的電壓測(cè)量。這種配置的好處是消除了電源波動(dòng)的影響。在系統(tǒng)被激勵(lì)之前，傳感器經(jīng)常生成一個(gè)代表其穩(wěn)態(tài)的直流輸出電壓。為了獲得高分辨率，最好是將直流成分去掉。如果需要測(cè)量極低的頻率成分（<2 Hz），在放大器輸入端采用交流耦合是無(wú)效的。為了適應(yīng)這種需求，很多高增益差分放大器都有差分偏移功能。這種功能實(shí)際上是在一個(gè)輸入端串接一個(gè)浮動(dòng)的可調(diào)電源，這樣就允許放大器保持直流耦合。偏移控制的范圍相當(dāng)大，在較高的增益設(shè)置中可達(dá)到±100 萬(wàn)分度。

生物物理測(cè)量
警告: 不要在人體上接入包括差分放大器在內(nèi)的任何電子儀器，除非這種儀器是專(zhuān)為人而設(shè)計(jì)的。合適的設(shè)備應(yīng)被確認(rèn)符合由所在國(guó)批準(zhǔn)的專(zhuān)門(mén)的法規(guī)。
測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)所形成的電信號(hào)面臨著諸多挑戰(zhàn)。這種信號(hào)的幅度極低，常常小于1 毫伏。共模成分可能比有用信號(hào)大幾百倍甚至幾千倍。源阻抗也相當(dāng)高。差分信號(hào)通常被高幅度的噪聲破壞。所幸的是高增益差分放大器可以用來(lái)測(cè)量這些信號(hào)。1,000,000:1 或者更高的CMRR 指標(biāo)可以有效地消除共模成分。
為了應(yīng)付輸入信號(hào)的高阻抗，可將放大器的輸入電阻配置為無(wú)限大。（注意：如果標(biāo)本未經(jīng)其他設(shè)備接地，應(yīng)當(dāng)使用通過(guò)100kΩ電阻接地的單獨(dú)的探頭以便減少共模范圍超載的機(jī)會(huì)。）皮膚觸點(diǎn)一般采用銀/ 氯化銀電極。這樣可以建立與皮膚的離子連接，還可生成半電池電壓為400 mV的伽伐尼電池用以給測(cè)量加入偏置電壓。放大器的差分偏移可用于去除偏壓同時(shí)又保持低頻響應(yīng)特性。由于大多數(shù)生物物理活動(dòng)發(fā)生在20 Hz 以下的頻率，可以利用有限帶寬濾波器減少高頻差分噪聲但不會(huì)使有用信號(hào)發(fā)生改變。

維持測(cè)量的完整性
測(cè)量的誤差源
像其他的測(cè)量方法一樣，差分測(cè)量也受到產(chǎn)生誤差的條件的制約。這些誤差在結(jié)果中也許很明顯，也許并非顯而易見(jiàn)，還有可能被誤認(rèn)為是想要的測(cè)量結(jié)果。下面將討論一些比較常見(jiàn)的誤差源。為了了解產(chǎn)生誤差的原因和避免的方法，首先需要對(duì)差分示波器或探頭的內(nèi)部運(yùn)行情況有一個(gè)基本的了解。

系統(tǒng)的核心是差分放大級(jí)（參見(jiàn)圖14）。其圖示符號(hào)與運(yùn)算放大器相同。差分放大器像運(yùn)算放大器一樣可以抑制輸入的共模信號(hào)而只放大兩個(gè)輸入端的電壓差。與運(yùn)算放大器不同的是，差分放大器具有已知的、有限的增益。在有些配置中，增益可由用戶(hù)選擇。輸出是單端的，而且以地為參照。為了獲得很高的阻抗，輸入部分常采用FET（場(chǎng)效應(yīng)管）。輸入信號(hào)可以通過(guò)高阻抗的衰減器以便使大信號(hào)減小到放大器可以處理的范圍。對(duì)于衰減器的要求要比單端放大器高得多。兩端必須有相同的直流和交流衰減。衰減量的不匹配對(duì)CMRR具有第一位的影響。例如，為了保持100,000:1 的CMRR指標(biāo)，衰減器的匹配度必須好于十萬(wàn)分之一（0.001%）；這樣就在差分放大器中不給誤差留下余地！當(dāng)然，還需要從信號(hào)源開(kāi)始全程保持這種匹配度。

圖14. 帶衰減器的差分放大器簡(jiǎn)圖。

輸入連接
一般來(lái)說(shuō)，差分放大器或探頭與信號(hào)源的互連是產(chǎn)生誤差的最大來(lái)源。為了維持輸入的匹配，兩個(gè)通道應(yīng)盡可能一樣。兩個(gè)輸入端的任何接線(xiàn)的都應(yīng)長(zhǎng)度相同。如果使用探頭，其型號(hào)與長(zhǎng)度也應(yīng)相同。在測(cè)量高共模電壓的低頻信號(hào)時(shí)，應(yīng)避免使用帶衰減的探頭。在高增益時(shí)則完全不能使用這種探頭，因?yàn)椴豢赡芫仄胶馑鼈兊乃p量。當(dāng)高電壓或高頻率的應(yīng)用需要衰減時(shí)，應(yīng)使用為差分放大器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用無(wú)源探頭。這種探頭具有能精密調(diào)整直流衰減和交流補(bǔ)償?shù)难b置。為獲得最佳的性能，每一個(gè)特定的放大器都應(yīng)專(zhuān)用一套探頭，而且要根據(jù)這套探頭附帶的程序針對(duì)該放大器進(jìn)行校準(zhǔn)。
一種常用的方法是將+ 和- 輸入纜線(xiàn)成對(duì)絞扭在一起。這樣可減少拾取線(xiàn)路頻率干擾和其他噪聲的可能。以間隔方式布線(xiàn)的輸入纜線(xiàn)（參見(jiàn)圖15）的作用相當(dāng)于變壓器的一個(gè)線(xiàn)圈。穿過(guò)這個(gè)環(huán)路的任何交流磁場(chǎng)都會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電壓，此電壓作為差分成分出現(xiàn)在放大器的輸入端，而且會(huì)如實(shí)地合計(jì)到輸出上去！若將輸入引線(xiàn)鉸接在一起（如圖16），則感應(yīng)電壓往往出現(xiàn)在VCM 通道，可以被差分放大器抑制。
在共模信號(hào)超量的高頻測(cè)量中可以將兩條輸入線(xiàn)繞在鐵氧體磁環(huán)上而得到改善。這樣作可衰減兩個(gè)輸入端共有的高頻信號(hào)。由于差分信號(hào)是在兩個(gè)方向上穿過(guò)磁芯，因此不受影響。

圖15. 隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)穿過(guò)間隔開(kāi)的引線(xiàn)時(shí)感生出電壓，猶如變壓器的線(xiàn)圈。此電壓作為差分成分輸入放大器并累加到真正的VDM 信號(hào)- 上。

圖16. 將輸入引線(xiàn)絞扭在一起，環(huán)路面積非常小，故穿過(guò)其中的磁場(chǎng)較少。感應(yīng)電壓往往出現(xiàn)在VCM 通道，可以被差分放大器抑制。

接地
大多數(shù)差分放大器的輸入連接器是外殼接地的BNC連接器。在使用探頭或同軸輸入線(xiàn)纜連接時(shí)，總會(huì)有如何接地的問(wèn)題。由于測(cè)量應(yīng)用千差萬(wàn)別，故沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)可循。
在測(cè)量低頻的低電位信號(hào)時(shí)，地線(xiàn)一般最好是只接在放大器一側(cè)，而不要接在兩個(gè)輸入端上。這樣可給感應(yīng)到屏蔽層的電流提供返回的通路，但又不會(huì)形成接地環(huán)路而對(duì)測(cè)量或被測(cè)設(shè)備形成干擾。
在高頻部分，探頭的輸入電容與引線(xiàn)電感形成串聯(lián)“空腔”諧振電路，并可能結(jié)成環(huán)狀。在單端測(cè)量中，使用盡可能短的接地線(xiàn)可使這種效應(yīng)減至最小。這樣會(huì)降低電感量，有效地增高諧振頻率，使其有望超出放大器的帶寬。差分測(cè)量是在兩個(gè)探頭接觸點(diǎn)之間進(jìn)行的，其中并不涉及接地的概念。然而如果因?yàn)楣材３煞值目焖偕仙a(chǎn)生了環(huán)，則使用短的接地線(xiàn)可減少諧振電路中的電感量，從而減少了環(huán)狀成分。在有些情況下，也可以用附加接地線(xiàn)的方法減少快速差分信號(hào)所產(chǎn)生的環(huán)。如果共模源在高頻時(shí)對(duì)地的阻抗很低，也就是被電容器旁路，就屬于這種情況。如其不然，附加地線(xiàn)可能會(huì)使情況變得更糟！如果發(fā)生了這種事，可試著將探頭一起在輸入端接地。這樣可以通過(guò)屏蔽降低有效電感。

當(dāng)然，將探頭的地接到電路上可能會(huì)生成接地環(huán)路。在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)這通常不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。測(cè)量高頻時(shí)的最好忠告就是試著用和不用接地引線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量；然后采用能給出最好結(jié)果的設(shè)置。當(dāng)把探頭接地引線(xiàn)接到電路時(shí)，要切記將它接地！在使用差分放大器時(shí)很容易忘記地線(xiàn)的連接在哪里，因?yàn)樗鼈兛梢蕴讲殡娐返娜魏蔚胤蕉粫?huì)有發(fā)生損害的危險(xiǎn)。

圖16. 源阻抗不平衡所造成的影響。＋輸入衰減器是從0Ω驅(qū)動(dòng)的，但－輸入衰減器是從3kΩ以下驅(qū)動(dòng)的。結(jié)果與900kΩ相加，使衰減增加而CMRR降低。

輸入阻抗對(duì)CMRR 的影響
任何源阻抗的作用就是與輸入電阻（直流）和輸入電容（交流）組成一個(gè)分壓器。對(duì)單端測(cè)量來(lái)說(shuō)，阻抗的影響一般可以忽略，因?yàn)檎`差很少能達(dá)到1%。但對(duì)差分測(cè)量，這個(gè)小的誤差造成輸入增益的不匹配，這會(huì)減少共模抑制的能力（見(jiàn)圖17）。
測(cè)量差分放大器的CMRR 指標(biāo)通常是經(jīng)過(guò)T 型BNC 連接器共同驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輸入端。這樣向輸入端看進(jìn)去的阻抗差實(shí)際為零?，F(xiàn)實(shí)中的信號(hào)源理應(yīng)具有相同的驅(qū)動(dòng)阻抗。但這很難做到。于是，CMRR 的實(shí)際性能要比放大器的指標(biāo)低得多。
如果放大器的輸入阻抗、衰減倍數(shù)和源阻抗全都已知，那么通過(guò)計(jì)算每個(gè)輸入分支的分壓比就可以確定實(shí)際的CMRR。不過(guò)，若只對(duì)測(cè)量的實(shí)績(jī)做出主觀的判斷會(huì)更容易些。
很多高增益放大器都可以配置成儀器用放大器。儀器用放大器沒(méi)有輸入衰減器，本身的輸入電阻是無(wú)限大（>1012 Ω）。在源阻抗相當(dāng)高時(shí)（如生理學(xué)實(shí)驗(yàn)）這種方式可以大大改善低頻的CMR。盡管儀器用放大器的輸入電阻為無(wú)限大，其輸入電容還是有的。隨著共模頻率的增加，信號(hào)源的高阻抗對(duì)CMR的改善效果將迅速退化。由于儀器用放大器沒(méi)有輸入衰減器，其共模范圍和差模范圍都比較狹窄。

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(xiàn)，其機(jī)箱和電路都是浮動(dòng)的。

共模范圍
任何放大器都有可能被過(guò)驅(qū)動(dòng)，并引起輸出的“鉗位”。當(dāng)輸入的差模信號(hào)大到足以強(qiáng)制放大器超出其輸出動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，差分放大器也會(huì)發(fā)生同樣的效應(yīng)。差分放大器還要承受另一種過(guò)載，即超出輸入共模范圍。當(dāng)預(yù)期的信號(hào)所依附的電壓（VCM）超出了放大器的輸入共模范圍時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況。
由于放大器抑制了共模信號(hào)，所以動(dòng)態(tài)范圍受到輸入級(jí)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(cè)量中是看不到的（但愿如此），所以共模范圍過(guò)載對(duì)于用戶(hù)可能并不明顯。當(dāng)共模成分為直流時(shí)尤其如此。在超出VCM范圍時(shí)，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(hào)。由于波形貌似正確，很多用戶(hù)被這種錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果所愚弄。
有些放大器帶有過(guò)載指示器以警告用戶(hù)發(fā)生了共模過(guò)載的情況。一個(gè)好的方法就是在進(jìn)行重要的測(cè)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(gè)輸入端接地并且用放大器本身測(cè)量共模成分就可以很容易地進(jìn)行檢驗(yàn)。然后再對(duì)另一個(gè)輸入端重復(fù)此過(guò)程。

測(cè)量完全浮動(dòng)信號(hào)
完全浮動(dòng)（沒(méi)有任何接地）的信號(hào)源在用差分放大器進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)造成特殊的問(wèn)題。常見(jiàn)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(méi)有分支阻抗接地，該地區(qū)的任何交流電場(chǎng)都可以通過(guò)電容耦合到被測(cè)設(shè)備中去（參見(jiàn)圖18）。在這種測(cè)量環(huán)境中充斥著從熒光燈和建筑物配線(xiàn)中輻射出來(lái)的線(xiàn)路頻率電場(chǎng)。當(dāng)這種電場(chǎng)耦合到被測(cè)設(shè)備中時(shí)，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(shí)尤其如此，因?yàn)閷?duì)線(xiàn)路頻率的負(fù)載阻抗近乎無(wú)限大。
通過(guò)提供分支阻抗接地、減少電容性耦合或者減少場(chǎng)強(qiáng)等都可以避免出現(xiàn)過(guò)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(duì)被測(cè)設(shè)備或測(cè)量過(guò)程造成了干擾，可以試著將被測(cè)設(shè)備用接地的金屬屏蔽物封裝起來(lái)以減少電容性耦合。這實(shí)際上是加了一個(gè)給交流電場(chǎng)提供接地通路的法拉第屏蔽。最后一個(gè)方法是設(shè)法將場(chǎng)強(qiáng)減至最小。作為一個(gè)好的開(kāi)始，可以用白熾燈替代熒光燈以及使電路配線(xiàn)與被測(cè)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，?？梢詫?duì)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(hào)被轉(zhuǎn)換為單端之后。所以，使用帶寬限制不會(huì)增加高頻的輸入共模范圍。

術(shù)語(yǔ)
ADC － 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字存儲(chǔ)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(chǔ)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(xiàn)性度等）均直接與示波器的性能有關(guān)。
平衡式－ 通過(guò)一對(duì)線(xiàn)進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)，每條線(xiàn)的源阻抗相同。地線(xiàn)不可用作信號(hào)的返回路徑。
帶寬限制器－ 一種用戶(hù)可選的濾波器，用于衰減有用帶寬之外的噪聲。除非特別說(shuō)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(xiàn)性范圍的電路。通常采用減少過(guò)載恢復(fù)時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)。
削波－ 放大器再現(xiàn)輸入信號(hào)時(shí)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(chēng)所示，輸出波形好象經(jīng)過(guò)了“切削”。
共模－ 輸入信號(hào)中差分放大器的兩個(gè)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(hào)。
共模范圍－ 差分放大器可以抑制的共模信號(hào)的最大電壓（相對(duì)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(duì)輸入信號(hào)中共模成分的消除功能。
共模抑制比(CMRR) － 對(duì)差分放大器抑制共模信號(hào)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(gè)輸入端之間不相同的信號(hào)成分，同時(shí)忽略?xún)蓚€(gè)輸入端上相同的信號(hào)成分。
差模－ 在差分放大器兩個(gè)輸入端之間不相同的信號(hào)。差模信號(hào)（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(huì)使輸出過(guò)載的差分輸入信號(hào)的最大振幅。若超出差模范圍，放大器則將信號(hào)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(xiāo)出現(xiàn)于差分輸入信號(hào)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(xiàn)上串接一只可調(diào)的電池。
差分探頭－ 為差分應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的探頭。有源差分探頭在其觸點(diǎn)處包含一個(gè)差分放大器。無(wú)源差分探頭用于差分放大器，并可使兩個(gè)信號(hào)通道上的直流和交流衰減校準(zhǔn)到精確地互相匹配。
浮動(dòng)信號(hào)－ 不參照地電位的信號(hào)。浮動(dòng)信號(hào)不能作為單端儀器的輸入而直接測(cè)量。
浮動(dòng)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(dòng)測(cè)量的用法。由于整個(gè)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(hù)遭受電擊。
接地環(huán)路－ 多個(gè)低阻抗通路接到同一個(gè)地電位而形成的電路。接地環(huán)路起到變壓器短路線(xiàn)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(dòng)電壓測(cè)量的裝置。其實(shí)現(xiàn)方法是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為光的形式和/或磁的形式（通過(guò)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(shí)間超出最大共模轉(zhuǎn)換速率指標(biāo)的信號(hào)可能會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生極度的失真。此指標(biāo)有時(shí)稱(chēng)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(gè)常規(guī)示波器的輸入通道相加（其中的一個(gè)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(gè)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） － 某些差分放大器提供的一種配置，將精密校準(zhǔn)的電壓源接入放大器的一個(gè)輸入端。此法可提供校準(zhǔn)偏移范圍極大的單端放大器。與差分偏移不同，偏壓補(bǔ)償方式只能完成單端(以地為參考)測(cè)量。
單端測(cè)量－ 以地為參考點(diǎn)測(cè)量電壓電位的方法。常規(guī)示波器的輸入端只能進(jìn)行單端測(cè)量。