オシロスコープで差動信号（RS-485やDMXなど）を測定するにはどうすればよいですか？

差動出力オーディオアンプなど、いくつかの場所で差動信号に遭遇しましたが、現在はRS-485に似たDMXで動作するプロジェクトに参加しています。（RS-485に関する同様の質問です。）

たとえば、DMX照明コントローラーの波形を見ると、チャンネル1のプローブをD +に、チャンネル2のプローブをD-に、両方のアースリードをアースに接続しました。

次の表示が生成されます。

これは使用可能ですが、差動信号を見る正しい方法ではないことはわかっています。

正しい方法は何ですか？「差動プローブ」について聞いたことがあります。新しいプローブを購入する必要があるということですか？

オシロスコープで差動信号を簡単に測定できない理由は、オシロスコープが（一般的に）浮動していないという事実に関係しています。プローブの接地線はオシロスコープのシャーシに接続されており、シャーシは接地されています。このため、アース線を接続するものはすべてアースにも接続されます。（以下にリンクするビデオが示すように、これは高電圧を測定すると危険です！）

マルチメーターで2つのランダムなポイントを測定すると、メーターがフローティングになるため、どちらのポイントも実際のアースに接続していないため、短絡の発生を心配せずにポイント間の差を測定できます。

低電圧信号アプリケーションでは、差動信号の片側をグランドに接続すると問題が発生し、トランシーバが損傷する可能性があります。

オシロスコープで差動信号を測定するには、次の2つの方法があります。

2チャンネルのオシロスコープを使用している場合、信号の片側をチャンネル1に接続し、相補信号をチャンネル2に接続します。グランドリードは未接続のままです。

信号の違いに関心があるため、チャンネル1からチャンネル2 を減算します。ほとんどのスコープは、チャンネル1とチャンネル2の入力を加算または減算する方法を提供します。一部のスコープでは、チャンネル2 を追加する必要があるかもしれませんが、反転させますんが、効果的に減算するためにする必要があります。

この画像では、スコープにはABモードがあり、1からチャネル2を減算します。

もう1つの方法は、実際に差動プローブを使用することであり、オシロスコープで使用可能なチャネルの数を減らすことなく、より良い結果を提供します。（通常、より安全な高電圧測定用に設計されています。）ただし、これらのプローブは高価です。

W2AEWは、オシロスコープを使用した差動測定に関するビデオでこれらの概念を説明する素晴らしい仕事をしています。また、BTC Instrumentationによるビデオもあり、チャネル減算方法をより詳細に示しています。

他の人は、2つの信号の差を測定するために2つのオシロスコープチャネルを構成する方法を既に説明しています。

もちろん、その差動信号以外の他の信号を測定したい場合、問題が発生します。スコープには2つのチャンネルしかないと思います。

このような場合、差動プローブが必要になります。しかし、JYeltonが述べたように、差動プローブは高価です。

ただし、非常に高い電圧や非常に高い周波数を測定しようとしない限り、プロトタイプボード上に差動アンプ回路を簡単に作成できます。バッテリーまたはおそらくあなたが測定しているデバイスから電力を供給することができます。

適切な電圧振幅のオペアンプを使用し、安定していることを確認してください。また、この単純な回路を安価な差動プローブとして使用することをお勧めします。

差動測定の場合、少なくとも2つの入力を持つほとんどのスコープは次の機能をサポートします。

• INVERTチャンネルAまたはB（または両方）。通常、位置またはAMPL / DIV設定の近くにあります。
• チャネルAとチャネルBを追加すると、通常はチャネルを有効にする場所にあります。

1つのチャネルを反転し、両方のチャネルを追加して、差分測定を行います。

485（またはそのような）信号を差動的に測定することは、最近のほとんどのオシロスコープの機能の範囲内であり、これはすでに十分に回答されていますが、「なぜわざわざ」または「何を達成しようとしているのか」と尋ねますか？

不安定な485リンクをデバッグしている場合、問題がシングルエンドで発生する可能性が高いと思います。接続に問題があると、485ワイヤの1つからターミネータを介して他のワイヤにフレーク性が渡される可能性があります。これが100％であると言っているわけではありませんが、デバッグする必要があるいくつかの485行では、差分測定の強制を感じたことがありません。受信したデータが不安定な場合は、データレシーバーからのシングルエンド出力を見るのをためらわないでしょう。結局のところ、これがMCUに給電し、MCUがデータの不安定性を教えてくれます。

差動で送受信する高速（80Mbps）リンクをいくつか実行しました。（意図的に）データは、受信機に磁気的に結合するための3レベルのエッジ情報でした。差動プローブを使用してこれらをデバッグすることを強制したことはありませんでした-データが正常に見えることを確認するためにシングルエンドを測定し、レシーバーチップからシングルエンド出力に行き、問題が何であるかを確認しました。

アナログ差動信号の場合、差動測定はより重要であると思います。これは、1本の線で「厄介な」ように見えるものが差動的に細かく見えるためです。