Wie messe ich Differenzsignale (wie RS-485 oder DMX) an einem Oszilloskop?

Ich bin an einigen Stellen auf differentielle Signale gestoßen, z. B. bei einem Audio-Verstärker mit differentiellem Ausgang, und jetzt in einem Projekt, das mit DMX arbeitet, das RS-485 ähnelt. (Hier ist eine ähnliche Frage zu RS-485 .)

Wenn ich zum Beispiel eine Wellenform von einem DMX-Beleuchtungscontroller betrachte, habe ich die Sonde von Kanal 1 mit D +, die Sonde von Kanal 2 mit D- und beide Erdungsleitungen mit Erde verbunden.

Es erzeugt diese Anzeige:

Obwohl dies verwendbar ist, weiß ich, dass es immer noch nicht die richtige Art ist, Differenzsignale zu betrachten.

Was ist der richtige Weg? Ich habe von "Differentialsonden" gehört. bedeutet das, dass ich neue Sonden kaufen muss?

Der Grund, warum Sie mit einem Oszilloskop nicht so einfach Differenzsignale messen können, liegt in der Tatsache, dass Oszilloskope (im Allgemeinen) nicht schwebend sind. Die Erdungsleitung an den Tastköpfen ist mit dem Oszilloskopgehäuse verbunden, das wiederum geerdet ist. Aus diesem Grund wird alles, mit dem Sie das Erdungskabel verbinden, auch mit der Erdung verbunden. (Wie die unten verlinkten Videos zeigen, ist dies bei der Messung von Hochspannung gefährlich!)

Wenn Sie zwei beliebige Punkte mit einem Multimeter messen, das Messgerät ist schwebend, so dass Sie nicht entweder auf tatsächlichen Erde verbinden, die Sie Unterschiede zwischen den Punkten ohne Sorge messen lässt , dass Sie einen Kurzschluss sind zu schaffen.

Bei Niederspannungssignalanwendungen kann das Verbinden einer Seite eines Differenzsignals mit Masse Probleme verursachen und einen Transceiver beschädigen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Differenzsignale mit einem Oszilloskop zu messen:

Wenn Sie ein zweikanaliges Oszilloskop haben, verbinden Sie eine Seite des Signals mit Kanal 1 und das komplementäre Signal mit Kanal 2. Die Erdungskabel bleiben nicht verbunden.

Da Sie an dem Unterschied zwischen den Signalen interessiert sind , möchten Sie Kanal 2 von Kanal 1 subtrahieren . Die meisten Bereiche bieten die Möglichkeit, die Eingänge von Kanal 1 und Kanal 2 zu addieren oder zu subtrahieren. In einigen Bereichen müssen Sie möglicherweise Kanal 2 hinzufügen , diesen jedoch invertieren, um ihn effektiv zu subtrahieren.

In diesem Bild hat das Oszilloskop einen AB-Modus, der Kanal 2 von 1 subtrahiert:

Der andere Weg besteht in der Tat darin, Differentialsonden zu verwenden und bessere Ergebnisse zu erzielen, ohne die Anzahl der verwendbaren Kanäle im Oszilloskop zu verringern. (Und sind normalerweise für sicherere Hochspannungsmessungen ausgelegt.) Diese Sonden sind jedoch teuer.

W2AEW leistet hervorragende Arbeit bei der Erläuterung dieser Konzepte in seinem Video über Differenzmessungen mit Oszilloskopen . Es gibt auch ein Video von BTC Instrumentation, das die Methode der Kanalsubtraktion detaillierter zeigt.

Andere haben bereits erklärt, wie Sie Ihre beiden Oszilloskopkanäle konfigurieren, um die Differenz zwischen zwei Signalen zu messen.

Natürlich stoßen Sie auf ein Problem, wenn Sie neben diesem Differenzsignal noch ein anderes Signal messen möchten. Ich nehme an, Ihr Oszilloskop hat nur zwei Kanäle.

In einem solchen Fall benötigen Sie eine Differentialsonde. Wie JYelton bereits erwähnte, sind Differentialsonden jedoch teuer.

Solange Sie jedoch nicht versuchen, sehr hohe Spannungen oder Frequenzen zu messen, können Sie einfach eine Differenzverstärkerschaltung auf einem Protoboard erstellen. Sie können es von einem Akku oder vielleicht von dem Gerät, das Sie messen, mit Strom versorgen.

Stellen Sie einfach sicher, dass Sie einen Operationsverstärker mit ausreichendem Spannungshub verwenden, dass er stabil ist und dass Sie diese einfache Schaltung als billige Differenzialsonde verwenden können.

Für Differenzmessungen unterstützen die meisten Bereiche mit mindestens zwei Eingängen die folgenden Funktionen:

• INVERT Kanal A oder B (oder beides), wird normalerweise in der Nähe der Position oder der AMPL / DIV-Einstellung gefunden.
• Wenn Sie Kanal A und Kanal B hinzufügen, finden Sie diese normalerweise dort, wo Sie einen Kanal aktivieren.

INVERTIEREN Sie einen Kanal, ADDIEREN Sie beide Kanäle und Voila, Ihre Differenzmessung.

Die Differenzmessung von 485 (oder ähnlichen) Signalen gehört heutzutage zu den Merkmalen der meisten Oszilloskope, und dies wurde bereits zufriedenstellend beantwortet, aber ich würde fragen: "Warum stören" oder "Was möchten Sie erreichen?".

Wenn Sie einen flockigen 485-Link debuggen würden, hätten Sie meiner Meinung nach eine gute Chance, das Problem zu lösen. Es ist wahrscheinlich, dass eine fehlerhafte Verbindung über den Abschlusswiderstand von einem der 485 Drähte auf den anderen übergeht. Ich sage nicht, dass dies zu 100% ist, aber ich sage, dass ich auf den verschiedenen 485 Zeilen, die ich debuggen musste, nie den Zwang verspürt habe, differenziell zu messen. Wenn meine empfangenen Daten flockig wären, würde ich ohne zu zögern einen Blick auf die Single-Ended-Ausgabe des Datenempfängers werfen - schließlich speist das die MCU, und es ist die MCU, die mir sagt, dass die Daten flockig sind.

Ich habe ein paar Hochgeschwindigkeitsverbindungen (80 Mbit / s) hergestellt, die differentiell gesendet und empfangen wurden. Die Daten waren (absichtlich) dreistufige Kanteninformationen, um magnetisch mit dem Empfänger zu koppeln. Ich war auch nie gezwungen, diese mit Differentialsonden zu debuggen. Ich habe Single-Ended-Messungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Daten in Ordnung sind, und bin dann auf den Single-Ended-Ausgang der Empfängerchips übergegangen, um zu sehen, was das Problem war.

Ich vermute, für analoge Differenzsignale sind Differenzmessungen wichtiger, da das, was auf einer Leitung "unangenehm" aussieht, differenziell gut aussehen könnte.