4 Hersteller von Differenzial-Sonden im Jahr 2024

Was ist eine Differentialsonde?

Eine Differentialsonde ist ein Gerät, das bei der Messung von Signalen mit Oszilloskopen Rauschen erkennt, das von Stellen ausgeht, die nichts mit dem Gerät zu tun haben, das das Signal überträgt, wie z. B. Bodenschwingungen, die als gemeinsames Rauschen bezeichnet werden, und das Messsignal mit einem Verstärker verstärkt, damit es leichter zu messen ist.

Bei Kommunikationsverbindungen wie USB und HDMI ist dies notwendig, damit die Ausgangsseite das Signal genau erfassen kann. Differentialsonden können bei unsachgemäßer Verwendung beschädigt werden oder keine genaue Ausgabe liefern.

Differentialsonden sind oft bei demselben Unternehmen erhältlich, das auch Oszilloskope verkauft, und es ist ratsam, eine Differentialsonde von demselben Unternehmen wie das Oszilloskop zu kaufen, da sie eine hervorragende Konnektivität aufweisen.

Anwendungen von Differentialsonden

Differentialsonden werden in der Prototypenfertigung und in der Produkttestphase vieler Kommunikationsgeräte wie USB-, HDMI-, DisplayPort-, Ethernet- und SATA-Verbindungen verwendet, um mit Oszilloskopen und anderen Geräten Rauschen zu erkennen und festzustellen, ob und wo sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt. Die Differenzialsonde wird verwendet, um zu prüfen, ob sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt und wo das Rauschen das Produkt beeinträchtigt.

Differentialsonden sind oft teuer, daher ist es wichtig, vor dem Kauf genau zu prüfen, ob sie den Anforderungen für den Einsatz entsprechen.

Funktionsweise der Differentialsonden

Eine Differentialsonde besteht aus zwei aktiven Sonden mit genau den gleichen Eigenschaften, von denen eine an den Pluspol des Anschlusses des Geräts, das das zu messende Signal überträgt, und die andere an den Minuspol angeschlossen wird. Durch Messung der Differenz zwischen den von den beiden Sonden erfassten Signalen kann das gemeinsame Rauschen erkannt werden.

Viele Differentialsonden sind mit ausgeklügelten Funktionen erhältlich, die die Messung von Wellenformen auf einem Oszilloskop erleichtern. Dazu gehören die Verstärkung von Niederspannungssignalen mit Verstärkern, damit sie auf einem Oszilloskop leichter zu messen sind, die Erdung einiger Spannungen, um das Oszilloskop nicht mit Hochspannungssignalen zu überlasten, und die Umwandlung des Signals in eine klare Rechteckwelle.

Je nach dem Signal, für das die Differentialsonden verwendet werden, kann bei geeigneter Auswahl ein deutliches Rauschen gemessen werden.

Weitere Informationen zu Differentialsonden

1. Ersatzschaltung einer Differentialsonde

Differentialsonden bestehen aus zwei aktiven Sonden, die direkt von der Sondenspitze an das Eingangsende des Halbleiterschaltkreises angeschlossen sind, so dass die Eingangskapazität nur 1 pF betragen kann, was äußerst gering ist. Andererseits liegt der Eingangswiderstand im Gegensatz zu passiven Sonden, die ein Dämpfungsglied enthalten, in der Größenordnung von einigen zehn KΩ bis 1 MΩ.

Bei der Messung von Wellenformen durch Anschluss einer Differentialsonde an eine Schaltung mit hoher Impedanz müssen die Messergebnisse daher unter Berücksichtigung des Einflusses der Sonde betrachtet werden. Eine wirksame Methode hierfür ist der Anschluss des Ersatzschaltbildes der Differenzial-Sonde an den zu prüfenden Stromkreis und die Simulation der Auswirkungen.

Bei einer Differentialsonde werden zwischen den Pins auf der einen Seite und GND der vom Hersteller angegebene Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. In ähnlicher Weise werden zwischen dem anderen Stift und GND der Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. Zwischen den beiden Stiften der Differenzial-Sonde wird also der Eingangswiderstand verdoppelt und die Eingangskapazität halbiert. Die Auswirkung dieser Impedanz auf die zu prüfende Schaltung sollte bei der Beurteilung der Messergebnisse berücksichtigt werden.

2. Aktive Tastköpfe

Tastköpfe werden verwendet, um stabile Signale zu messen. Ohne Sonde würde der Effekt der kapazitiven Komponente des Kabels die Funktionsweise der Schaltung verändern. Dies wirkt sich besonders stark bei Hochfrequenzmessungen aus.

Aktive Sonden verwenden ein Halbleiterelement am Eingangsende. Die Eingangskapazität der aktiven Sonde selbst ist ebenfalls sehr klein, bei einigen ist die Eingangskapazität kleiner als 1 pF.

Die Eingangskapazität der Sonde beeinflusst auch die Wellenform. Passive Tastköpfe haben eine größere Kapazitätskomponente als aktive Tastköpfe, was zu einem stärkeren Klingeln führt, d. h. zu einer Oszillation der Wellenform an der steigenden Flanke des Impulses.

3. Differentialsonden für hohe Spannungen

Differentialsonden eignen sich für die Beobachtung erdfreier Signalanteile, aber die üblichen Sonden haben eine Spannungsfestigkeit von nur 30 V bis 100 V für Differenzial- und Massespannungen. Große Hochspannungstastköpfe sind für die Messung von Schwebezuständen in Schaltungen erforderlich, die mit hohen Spannungen arbeiten, wie z. B. kommerzielle Netzteile. Spezifikationen mit Differenzspannungen von 6000 V oder mehr und Massespannungen von 2000 V oder mehr sind im Handel erhältlich.

Bei Messungen mit Differentialsonden für hohe Spannungen muss der Abstand zwischen den beiden Stiften groß genug sein, um die Gefahr einer Entladung zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass im Hochfrequenzbereich aufgrund der Impedanz der Leitungen ein Klingeln auftritt, was zu großen Amplitudenschwankungen führt. Als Gegenmaßnahme ist das Verdrillen der beiden Zuleitungsdrähte eine wirksame Methode.

4. Gleichtaktrauschen

Das Rauschen in elektrischen Schaltungen lässt sich grob in Differentialrauschen und Gleichtaktrauschen unterteilen. Differentialrauschen ist Rauschen, das durch die Leiter in einem Stromkreis geleitet wird.

Gleichtaktrauschen hingegen ist ein Rauschen, bei dem das Signal teilweise durch die Erde oder das Gehäuse zurückgeführt wird und bei dem das Eingangssignal und das Signal bei der Rückkehr in Phase sind. Gleichtaktrauschen gilt aufgrund der Komplexität der Rauschausbreitung als schwer zu bekämpfen.

Differentialsonden für hohe Spannungen werden als sehr effektives Mittel zur Prüfung des Betriebs von Schaltnetzteilen eingesetzt. Schaltregler erzeugen Gleichtaktrauschen, bei dem die Massespannung um mehrere hundert Volt schwankt.

Obwohl die Verwendung von Differentialsonden die Massespannungsschwankungen auslöschen und ihre Beobachtung ermöglichen sollte, ist es in der Praxis unvermeidlich, dass ein kleiner Teil der Massespannungsschwankungen zum Differentialausgang hinzugefügt wird. Um die Auswirkungen dieser Schwankungen zu verringern, sollte ein Tastkopf mit einem guten CMRR (Common-Mode Rejection Ratio) gewählt werden.