Come misuro i segnali differenziali (come RS-485 o DMX) su un oscilloscopio?

Ho incontrato segnali differenziali in alcuni punti, come un amplificatore audio con uscita differenziale e ora in un progetto che lavora con DMX che è simile a RS-485. (Ecco una domanda simile su RS-485 .)

Guardando ad esempio una forma d'onda da un controller di illuminazione DMX, ho collegato la sonda del canale 1 a D +, la sonda del canale 2 a D- ed entrambi i conduttori di terra portano a terra.

Produce questo display:

Sebbene sia utilizzabile, so che non è ancora il modo corretto di guardare i segnali differenziali.

Qual è il modo corretto? Ho sentito di "sonde differenziali;" significa che devo acquistare nuove sonde?

Il motivo per cui non è possibile misurare i segnali differenziali con la stessa facilità con un oscilloscopio ha a che fare con il fatto che gli oscilloscopi (generalmente) non fluttuano. Il conduttore di terra sulle sonde è collegato al telaio dell'oscilloscopio, che a sua volta è collegato a terra. Per questo motivo, tutto ciò a cui si collega il cavo di terra verrà anche collegato alla terra. (Come dimostrano i video che linko di seguito, questo è pericoloso se si misura l'alta tensione!)

Quando si misurano due punti casuali con un multimetro, il contatore è fluttuante, in modo da non sta collegando uno dei punti di effettiva messa a terra, che consente di misurare le differenze tra i punti senza la preoccupazione che si sta creando un corto circuito.

Nelle applicazioni di segnale a bassa tensione, il collegamento a terra di un lato di un segnale differenziale può causare problemi e danneggiare un ricetrasmettitore.

Esistono due modi per misurare i segnali differenziali con un oscilloscopio:

Se si dispone di un oscilloscopio a due canali, collegare un lato del segnale al canale 1 e il segnale complementare al canale 2. I conduttori di terra rimangono scollegati.

Dato che sei interessato alla differenza tra i segnali, vuoi sottrarre il canale 2 dal canale 1. La maggior parte degli ambiti fornisce un modo per aggiungere o sottrarre gli ingressi del canale 1 e del canale 2. In alcuni ambiti potrebbe essere necessario aggiungere il canale 2, ma invertirlo in modo da sottrarlo efficacemente.

In questa immagine, l'oscilloscopio ha una modalità AB che sottrae il canale 2 da 1:

L'altro modo sta effettivamente utilizzando sonde differenziali e fornisce risultati migliori senza ridurre il numero di canali utilizzabili sull'oscilloscopio. (E di solito sono progettati per misure ad alta tensione più sicure.) Tuttavia queste sonde sono costose.

W2AEW fa un ottimo lavoro spiegando questi concetti nel suo video sulle misure differenziali usando gli oscilloscopi . C'è anche un video di BTC Instrumentation che mostra il metodo di sottrazione del canale in modo più dettagliato.

Altre persone hanno già spiegato come configurare i due canali dell'oscilloscopio per misurare una differenza tra due segnali.

Naturalmente, si verifica un problema se si desidera misurare qualche altro segnale oltre a quel segnale differenziale. Presumo che il tuo ambito abbia solo due canali.

In tal caso, avresti bisogno di una sonda differenziale. Ma, come menzionato da JYelton, le sonde differenziali sono costose.

Tuttavia, fino a quando non si tenta di misurare tensioni molto alte o frequenze molto alte, è possibile semplicemente creare un circuito amplificatore differenziale su una scheda protettiva. Puoi alimentarlo da una batteria o forse dal dispositivo che stai misurando.

Assicurati solo di usare un amplificatore operazionale con un'adeguata oscillazione di tensione, assicurati che sia stabile e sei bravo a usare questo semplice circuito come una sonda differenziale economica.

Per le misure differenziali, la maggior parte degli ambiti con almeno due ingressi supporta le seguenti funzioni:

• INVERT canale A o B (o entrambi), di solito si trova vicino alla posizione o all'impostazione AMPL / DIV.
• Aggiungendo il canale A e il canale B, si trova di solito dove si abilita un canale.

INVERTI un canale, AGGIUNGI entrambi i canali e voilà, la tua misura differenziale.

Misurare 485 (o simili) segnali in modo differenziato rientra nelle caratteristiche della maggior parte degli oscilloscopi in questi giorni e questo ha già ricevuto una risposta soddisfacente, ma vorrei chiedere "perché preoccuparsi" o "cosa stai cercando di ottenere"?

Se esegui il debug di un link 485 traballante penso che avresti buone probabilità di vedere il problema single-ended. È probabile che qualsiasi connessione difettosa passi il suo sfaldamento da uno dei 485 fili all'altro tramite il terminatore. Non sto dicendo che questo è al 100%, ma sto dicendo che sulle varie 485 righe che ho dovuto eseguire il debug non ho mai sentito la coazione a misurare in modo diverso. Se i miei dati ricevuti fossero traballanti, non esiterei a guardare l'output single-ended dal ricevitore dati - dopo tutto, questo è ciò che alimenta l'MCU ed è l'MCU che mi dice i dati traballanti.

Ho fatto alcuni collegamenti ad alta velocità (80 Mbps) che hanno trasmesso e ricevuto in modo differenziale. I dati (volutamente) erano informazioni sul bordo a tre livelli per accoppiarsi magneticamente al ricevitore. Non ho mai sentito la coazione a eseguire il debug di questi usando sonde differenziali - ho misurato un single-ended per assicurarmi che i dati sembrassero OK e poi sono andato sull'output single-ended dai chip del ricevitore per vedere quale fosse il problema.

Immagino che per i segnali differenziali analogici, le misure differenziali siano più importanti perché ciò che può sembrare "cattivo" su una linea potrebbe apparire diversamente in modo corretto.