20G示波器高速差分探头拆解设计学习（高清图：电路-芯片-PCB-键合工艺）

    精确的测量起始于探针和探头端。与示波器和被测装置 (DUT) 相匹配的探头可捕捉完整的信号进入示波器，以获取最大的信号保真度和测量精度。要测量典型的信号 和电压电平，无源探头可在合理的价位上，提供易于使 用和多种范围的测量能力。但普通的无源探头无法精确 测量最高速上升的信号，反而会造成被测试高速电路的 过载。要测量高速上升时间的信号，高速有源或差分探 头能够提供更为精确的测试结果。

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无源探头

无源探头是最常见的探头，一般购买示波器的时候厂家就会标配几个。常见的无源探头由探头头部、探头电缆、补偿设备或其他信号调节网络和探头连接头组成。在这些类型的探针中没有使用有源元件，如晶体管或放大器，所以不需要为探头供电。总的来说，无源探头更常见，更容易使用，也更便宜。常见的无源探头可调衰减比例有：1X 10X 100X 1000X

无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数。在这些无源探头中，10×无源电压探头是最常用的探头。对信号幅度是1V峰峰值或更低的应用，1×探头可能比较适合，甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合（几十毫伏到几十伏）的应用中，可切换1×/10×探头要方便得多。但是，可切换1×/10×探头在本质上是一个探头中的两个不同探头，不仅其衰减系数不同，而且其带宽、上升时间和阻抗（R和C）特点也不同。因此，这些探头不能与示波器的输入完全匹配，不能提供标准10×探头实现的最优性能。

探头衰减是通过内部电阻器来扩大示波器的电压测量范围的，该内部电阻器与示波器的输入电阻一起使用时，会创建一个分压器。例如，一个典型的10x探头装有一个内部9MΩ电阻器，当与1MΩ输入阻抗的示波器连接使用时，会在示波器的输入通道上产生10：1的衰减比。这意味着示波器上显示的信号将是实际测量信号幅度的1/10，所以我们往往还需要去示波器的通道设置里将衰减比也调成10X。

有源探头

由于有源探头里包含了类似晶体管和放大器的有源部件，需要供电支持，因此称作有源探头。最常见的情况下，有源设备是一种场效应晶体管（PET），它提供了非常低的输入电容，低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。有源FET探头的规定带宽一般在500MHz ～4GHz之间。除带宽更高外，有源FET探头的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量，而产生负荷效应的风险要低得多。另外，由于低电容降低了地线影响，可以使用更长的地线。有源FET探头没有无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在±0.6V到±10V之间。

差分探头

有源差分探头帮助你观察差分信号。差分信号是信号间 的彼此参考，而非对地参考。当使用相匹配的单端探头对时，差分探头具有更高的性能，提供高的CMRR，宽 带宽，以及最小的输入信号间的时间差异。

高带宽差分探头提供极佳的信号保真度， 能够满足工程技术人员在快速时钟速率和时钟沿速率下设计和调试的需要。

差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：

(1)抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。

(2)能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。

(3)时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。

差分放大原理是指一对信号同时输入到放大电路中，然后相减，得到原始信号。差分放大器是由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移。

了解了探头及基础知识以后我们下面展示《高端拆解》一款某大厂20G差分探头前端，优良的设计及做工，啧啧称赞：

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