差分示波器測量
加入技術(shù)交流群
為了應(yīng)付輸入信號的高阻抗，可將放大器的輸入電阻配置為無限大。（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100kΩ電阻接地的單獨的探頭以便減少共模范圍超載的機會。）皮膚觸點一般采用銀/ 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量加入偏置電壓。放大器的差分偏移可用于去除偏壓同時又保持低頻響應(yīng)特性。由于大多數(shù)生物物理活動發(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使有用信號發(fā)生改變。
維持測量的完整性
測量的誤差源
像其他的測量方法一樣，差分測量也受到產(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，還有可能被誤認(rèn)為是想要的測量結(jié)果。下面將討論一些比較常見的誤差源。為了了解產(chǎn)生誤差的原因和避免的方法，首先需要對差分示波器或探頭的內(nèi)部運行情況有一個基本的了解。
系統(tǒng)的核心是差分放大級（參見圖14）。其圖示符號與運算放大器相同。差分放大器像運算放大器一樣可以抑制輸入的共模信號而只放大兩個輸入端的電壓差。與運算放大器不同的是，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（場效應(yīng)管）。輸入信號可以通過高阻抗的衰減器以便使大信號減小到放大器可以處理的范圍。對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，還需要從信號源開始全程保持這種匹配度。
圖14. 帶衰減器的差分放大器簡圖。
輸入連接
一般來說，差分放大器或探頭與信號源的互連是產(chǎn)生誤差的最大來源。為了維持輸入的匹配，兩個通道應(yīng)盡可能一樣。兩個輸入端的任何接線的都應(yīng)長度相同。如果使用探頭，其型號與長度也應(yīng)相同。在測量高共模電壓的低頻信號時，應(yīng)避免使用帶衰減的探頭。在高增益時則完全不能使用這種探頭，因為不可能精地平衡它們的衰減量。當(dāng)高電壓或高頻率的應(yīng)用需要衰減時，應(yīng)使用為差分放大器專門設(shè)計的專用無源探頭。這種探頭具有能精密調(diào)整直流衰減和交流補償?shù)难b置。為獲得最佳的性能，每一個特定的放大器都應(yīng)專用一套探頭，而且要根據(jù)這套探頭附帶的程序針對該放大器進行校準(zhǔn)。
一種常用的方法是將+ 和- 輸入纜線成對絞扭在一起。這樣可減少拾取線路頻率干擾和其他噪聲的可能。以間隔方式布線的輸入纜線（參見圖15）的作用相當(dāng)于變壓器的一個線圈。穿過這個環(huán)路的任何交流磁場都會感應(yīng)出一個電壓，此電壓作為差分成分出現(xiàn)在放大器的輸入端，而且會如實地合計到輸出上去！若將輸入引線鉸接在一起（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。
在共模信號超量的高頻測量中可以將兩條輸入線繞在鐵氧體磁環(huán)上而得到改善。這樣作可衰減兩個輸入端共有的高頻信號。由于差分信號是在兩個方向上穿過磁芯，因此不受影響。
圖15. 隨時間變化的磁場穿過間隔開的引線時感生出電壓，猶如變壓器的線圈。此電壓作為差分成分輸入放大器并累加到真正的VDM 信號- 上。
圖16. 將輸入引線絞扭在一起，環(huán)路面積非常小，故穿過其中的磁場較少。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纜連接時，總會有如何接地的問題。由于測量應(yīng)用千差萬別，故沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)可循。
在測量低頻的低電位信號時，地線一般最好是只接在放大器一側(cè)，而不要接在兩個輸入端上。這樣可給感應(yīng)到屏蔽層的電流提供返回的通路，但又不會形成接地環(huán)路而對測量或被測設(shè)備形成干擾。
在高頻部分，探頭的輸入電容與引線電感形成串聯(lián)“空腔”諧振電路，并可能結(jié)成環(huán)狀。在單端測量中，使用盡可能短的接地線可使這種效應(yīng)減至最小。這樣會降低電感量，有效地增高諧振頻率，使其有望超出放大器的帶寬。差分測量是在兩個探頭接觸點之間進行的，其中并不涉及接地的概念。然而如果因為共模成分的快速上升而產(chǎn)生了環(huán)，則使用短的接地線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的方法減少快速差分信號所產(chǎn)生的環(huán)。如果共模源在高頻時對地的阻抗很低，也就是被電容器旁路，就屬于這種情況。如其不然，附加地線可能會使情況變得更糟！如果發(fā)生了這種事，可試著將探頭一起在輸入端接地。這樣可以通過屏蔽降低有效電感。
當(dāng)然，將探頭的地接到電路上可能會生成接地環(huán)路。在測量高頻信號時這通常不會產(chǎn)生問題。測量高頻時的最好忠告就是試著用和不用接地引線進行測量；然后采用能給出最好結(jié)果的設(shè)置。當(dāng)把探頭接地引線接到電路時，要切記將它接地！在使用差分放大器時很容易忘記地線的連接在哪里，因為它們可以探查電路的任何地方而不會有發(fā)生損害的危險。
圖16. 源阻抗不平衡所造成的影響。＋輸入衰減器是從0Ω驅(qū)動的，但－輸入衰減器是從3kΩ以下驅(qū)動的。結(jié)果與900kΩ相加，使衰減增加而CMRR降低。
輸入阻抗對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）組成一個分壓器。對單端測量來說，阻抗的影響一般可以忽略，因為誤差很少能達(dá)到1%。但對差分測量，這個小的誤差造成輸入增益的不匹配，這會減少共模抑制的能力（見圖17）。
測量差分放大器的CMRR 指標(biāo)通
評論