【仪器仪表/电源专题】浮地信号的测试的四种方案对比

接地信号和浮地信号区别

        所有的电压测量都是差分测量，差分测量定义为两点之间的电压差。所以会分成两类：

        1.参考地电平测量（有时也叫接地信号）

        2.非参考地电平测量（也称为浮地测量）

        测试信号可以分为接地信号（参考地电平）和浮地信号（非参考地电平）。接地信号的参考端是接地的，浮地信号的参考端是没有接地的，存在共模电压。在测试接地信号的时候，可使用简单的单端探头进行测量，在测试浮地信号的时候，需要使用差分探头进行测试。

        浮地信号多种多样，比如数字电路中的差分传输信号、电源和功率子系统中的浮地信号、车载、舰载信号和电力传输中的电信号等等。

        最苛刻的浮地测量源自电源控制电路，如马达控制器、不间断电源和工控设备。在这些应用领域中，电压和电流可能会比较大，足以给用户或测试设备带来危险。

传统示波器测试信号方式

        传统示波器会把“信号参考”端子连接到保护接地系统上，通常称为“接地”。通过这种方式，所有应用到示波器的信号或示波器提供的信号都会有一个公共连接点。这也是为什么有时候我们在测试一些接地信号时，如果示波器有一个通道接了主板GND后，其他通道没有接地，只是连接了测试信号，也能测试到信号值（但在实际不推荐这么做，因为参考点较远会造成测试误差大）。

        这个公共连接点通常是示波器机箱，通过AC供电设备电源线中的第三条线“接地”线接地，来保持在0V。所以其实每个通道的参考点都捆绑在一个接地参考源上。

        所以有时候示波器输入BNC连接器件上的接地电位与被测电路中的接地不同，这种电位差可能有几uV或几百mV。随着被测试信号号的幅度下降，误差变得更加明显。

浮地信号测试方案

        在实际测试浮地信号时，我们会看到的测试方案一般有几种：

        方案一：“浮地”传统接地示波器

        有些工程师在使用示波器测试浮地信号的时候，使用不会把地传送到次级电路的隔离变压器给示波器供电，或将电源线的地线去除，使示波器浮地。从而使用示波器标配单端探头也能测试浮地信号，但是此方法严重不推荐使用。

        因为当台式示波器失去地线时，所有的裸露在外的接口金属都将和被测信号相连，带有较高的电势，当流经参考引线的电流过大，会导致无源探头开始发热，在电流足够高时，有可能会熔化损坏设备甚至导致人员伤亡。

        在较高频率上，切断接地可能不会中断接地环路，因为电源线供电的仪器在接地以上浮地时会表现出大的寄生电容。因为振铃可能会破坏浮地测量， 并且因为所有参考都是同一水平上浮地，所以一次只能测试一个信号。

        方案二：A-B测量（伪差分测量）

        另外有一些工程师不去除示波器地线，用两个通道分别接通浮地信号的正负极，再使用math数学运算功能CH1-CH2来获得差分浮地信号波形，此方案比浮地示波器要好一些，但也不推荐使用。因为此方法仅用于具有低共模信号的低频测量，而且示波器也有过载风险。

        方案三：差分探头测量

        使用台式示波器+差分探头，此方案的优点在于高安全性、高带宽、高输入阻抗、高CMRR共模抑制比。对于一些幅度较低的快速信号、一些幅度较高的慢速信号、一些超低幅度的差分信号等，都可以选择不同的差分探头，以达到最好的测试效果。如在文章【示波器专题】示波器探头的原理深入——有源探头之差分有源探头中我们就有写到高压差分探头和高带宽差分探头。

        方案四：隔离输入示波器测量

        使用通道隔离的手持示波器。其通道之间相互隔离，与地也是隔离的，可以用标配的单端无源探头实现最多4路差分信号测量。