开源示波器差分测量探头-PD150

自己做一个差分探头会很棒，OK，这篇文章出现了。

这个是本文的主角

Keysight 1134A 单端焊入式探头前端 ( 上 ) 和差分焊入式探头前端 ( 下 )

简化模型

测量前端面积

由于单端和差分探头前端的几何尺寸大致相同，因此电感和电容参数的量值也相当。如果接地连接使用又宽又平的导体( 就像“刀片”)，单端探头的接地电感(lg)会稍低一些，但也低不到哪里去。应注意差分探头在其两个输入上都有补偿阻尼 (tip resistor)，而单端探头只在信号输入上有补偿阻尼，地线上没有阻尼 ( 在实际探头中是 0 Ω 电阻器 )。这些补偿阻尼用于消除输入连接中电感器 (Ls) 和电容器 (Cs) 所造成的谐振。

看一些探头的内部什么样的：

注意双端转单端

这个可能细节多点

这是一个国产的探头

这个是按钮

板子正面

这个U口是作者猜测可以加电源使用

继电器来切换衰减值

核心就是教科书上经典的差分电路，传递函数也很简单，就是一个比例环节k=1/50或者k=1/500。只是保证安全和带宽指标的情况下，对器件选型和电路设计要求多了很多。

接下来就是看绿波电龙的视频了

这个好像是JLC的一个项目

完成

鼎阳的示波器

三相逆变，上面单极的电压可以高达几百伏

本来是可以看完视频的，但是在这里的时候我去吃饭了，吃完回来就没有思路了，就这样把。

单端测量技术通过含有唯一绝对值的单一信号进行数据传输，而差分测量技术则通过两个信号进行数据传输：待传输值（信号输出）与该两个信号的电位差相对应。单端技术是差分测量技术的对立面，该技术仅涉及单一信号的传输，通常根据地线电压确定信号的绝对值。

与单端技术相比，差分测量技术的主要优势是不易受干扰变量的影响。差分传输过程中，两个独立信号受干扰变量影响的程度相当，根据干扰的强弱，每个独立信号都可能会生成一个失真绝对值。然而，如上文所述，两个失真信号之间的电位差与待传输信号（信号输出）相对应，在两个信号的失真程度相当的情况下，待传输信号本身不会受到影响。

差分的意思

黄色线是A线对地电压，蓝线是B线对地电压。

一个参数表

外观，有些有趣的设计

左边是调0，通道的颜色切换，电源的指示灯，右边是调0和接地的信号

这里的他没有给出固件，但是我可以推测接口

灵活的探头接口：探头输入只是 0.1 英寸间隔的插座。它们的紧密间距有利于测量较高频率或敏感信号。你可以将接头焊接到要连接的电路上。对于不太重要的工作，你可以连接跳线。

在这里是设计成了这个样子，可焊接可以插

KiCad设计出来

USB 电源：PD150 通过 USB-C 连接器供电。它需要 5V、300mA 的电压，可以通过一个小型适配器或多个 USB 端口提供。

这里使用了一个小芯片，就在左边

芯片的典型设计：过压保护控制器

这里就使用了一个转换器

在原著里面是BB公司

也就是收购前就在卖了

典型的电路

这块就是输入保护了，其实上面的大芯片是隔离信号的

示波器兼容性：PD150 具有 BNC 信号线和 50 Ω 输出阻抗。因此，可以将其直接连接到具有 50 Ω 输入的示波器，只要其额定电压至少为 2.5 V rms。对于仅具有高阻抗输入的示波器，可以在探头和示波器之间使用 50 Ω 串联衰减器。

自动直流偏置调谐：与许多有源探头一样，直流偏置会随着时间的推移而漂移，导致输出出现轻微的直流偏置。换句话说，如果将 0 V 施加到输入，则输出处会出现非零电压。你可以通过按“归零”按钮来消除此偏移。它会自动将偏移校正到 10mV 或更小。

就是加一个电压就行，让我看看怎么个事情。

使用了这个是数字电位计

这里就是应该是平衡的加进来，使用SPI控制

在这里

主打一个调整

巧妙

芯片框图也是这样的

这个图我是喜欢的呀，这个简写的原理框图可以让人学习到好多。

框图就是可以按照功能这样进行一个差分

这个可能是下面说的：

自动低频共模抑制调整：在低频下具有真正高的共模抑制是件好事。这基本上意味着两个输入的衰减接近完美平衡。

也就是这样的低通滤波器

因此，如果你测量的是位于较大噪声源（例如 60 Hz 线路频率噪声）之上的小信号，则噪声将被减去，从而使信号可见。这是一个非常挑剔的调整，通常需要使用微调电位器和一堆测试设备手动完成。PD150 使用内置的测试和测量功能自动执行此调整。所需要做的就是连接跳线并激活调整功能。

最后，信号经过缓冲，以便可以驱动示波器的 50 欧姆输入。缓冲信号在通过输出连接器退出之前先经过 50 欧姆电阻。

该 50 欧姆电阻端接同轴电缆的源端。电缆的另一端将通过示波器的 50 欧姆输入端接 50 欧姆。在此方案中，同轴电缆两端均采用 50 欧姆端接。这既可以最大限度地减少信号反射，又可以确保探头缓冲器在所有频率下的输出端都能看到一致的阻抗（100 欧姆）。两者都有助于保持平坦的频率响应。这两个 50 欧姆电阻形成分压器，将电压减半。缓冲器的两倍增益抵消了这种损失。

微控制器需要监控探头的输出电压，以了解需要什么校正电压。这里棘手的事情是，它需要检测输出何时跨越零伏到 500 uV 以内才能满足规范。严格值的原因是上述 20 倍倍增因子。框图右侧所示的零漂移放大器可以提供帮助。它具有出色的直流性能和很大的增益。这样，微控制器就不需要检测可能因 ADC 量化及其自身偏移误差而产生偏差的微小电压。零漂移放大器的输出馈入微控制器的 ADC。

在这里

真实的样子

https://hackaday.io/project/191837-pd150

http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic533339.html

https://www.digikey.cn/zh/blog/high-voltage-differential-oscilloscope-probes

https://oshwhub.com/Keridium/ci-fen-tan-tou_copy

https://www.kechuang.org/t/86133

https://www.kechuang.org/t/81599

https://zhuanlan.zhihu.com/p/92577803

https://www.kistler.com/INT/zh/%E5%B7%AE%E5%88%86%E6%B5%8B%E9%87%8F%E6%8A%80%E6%9C%AF/C00000106

https://www.pemch.com/news/detail_200.html