Como faço para medir sinais diferenciais (como RS-485 ou DMX) em um osciloscópio?

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Encontrei sinais diferenciais em alguns lugares, como um amplificador de áudio com saída diferencial e agora em um projeto que trabalha com DMX que é semelhante ao RS-485. (Aqui está uma pergunta semelhante sobre o RS-485 .)

Observando uma forma de onda de um controlador de iluminação DMX, por exemplo, conectei a sonda do canal 1 ao D +, a sonda do canal 2 ao D-, e os dois terminais de aterramento.

Produz esta exibição:

Medição de sinal diferencial

Embora isso seja utilizável, sei que ainda não é a maneira correta de observar sinais diferenciais.

Qual é o caminho correto? Já ouvi falar de "sondas diferenciais"; isso significa que eu preciso comprar novas sondas?

measurement oscilloscope differential

— JYelton
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Você recebeu respostas para quando realmente precisava, mas falando realisticamente, na maioria das vezes não precisa. Talvez você gaste algum tempo olhando para os dois canais e se convencer de que os sinais diferenciais são adequadamente imagens espelhadas um do outro. Depois de fazer isso, com ausência de ruído alto, você pode simplesmente olhar para a metade não invertida do par quando quiser examinar o tempo, os dados etc. - se houver mais algum motivo para duvidar da implementação diferencial, você pode voltar e look (a metade do par está atrasada?).

— 22813 Chris Stratton

Além disso, se você tiver transmissores de extremidade única para diferenciais ou receptores de extremidade única, não deixe de examinar o comportamento deles - alguns podem ter um atraso surpreendente.

— 22813 Chris Stratton

Obrigado Chris. Postei essa pergunta e respondi porque ainda não havia uma no EE.SE, e porque acho que pontos como o seu (normalmente não é necessário ) são igualmente válidos para quem está aprendendo. Saber como e quando é realmente necessário são pontos totalmente válidos.

— JYelton

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A razão pela qual você não pode medir sinais diferenciais tão facilmente com um osciloscópio tem a ver com o fato de que os osciloscópios (geralmente) não estão flutuando. O fio terra nas sondas é conectado ao chassi do osciloscópio, que por sua vez é aterrado. Por isso, tudo o que você conectar o fio terra também será conectado ao terra. (Como os vídeos que eu mostro abaixo demonstram, isso é perigoso se estiver medindo alta tensão!)

Quando você mede dois pontos aleatórios com um multímetro, o medidor está flutuando; portanto, você não está conectando nenhum ponto ao terra real, o que permite medir diferenças entre os pontos sem a preocupação de criar um curto-circuito.

Em aplicações de sinal de baixa tensão, amarrar um lado de um sinal diferencial ao terra pode causar problemas e danificar um transceptor.

Existem duas maneiras de medir sinais diferenciais com um osciloscópio:

Se você possui um osciloscópio de dois canais, conecte um lado do sinal ao canal 1 e o sinal complementar ao canal 2. Os fios terra permanecem desconectados.

Como você está interessado na diferença entre os sinais, deseja subtrair o canal 2 do canal 1. A maioria dos escopos fornece uma maneira de adicionar ou subtrair as entradas do canal 1 e do canal 2. Em alguns escopos, pode ser necessário adicionar o canal 2, mas inverta -o para que você possa subtraí-lo efetivamente.

Nesta imagem, o escopo possui um modo AB que subtrai o canal 2 de 1:

Medição Diferencial Subtraindo o Segundo Canal

A outra maneira é realmente usar sondas diferenciais e fornecer melhores resultados sem reduzir o número de canais utilizáveis no osciloscópio. (E geralmente são projetados para medições de alta tensão mais seguras.) No entanto, essas sondas são caras.

W2AEW faz um excelente trabalho explicando esses conceitos em seu vídeo sobre medições diferenciais usando osciloscópios . Há também um vídeo da BTC Instrumentation que mostra o método de subtração de canal com mais detalhes.

— JYelton
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Por favor, por que os fios terra permanecem desconectados?

— The Beast

Dos engenheiros de hardware, ouço que o terra da sonda precisa estar conectado ao terra.

— Ginu Jacob

O terra da sonda já está conectado ao terra - do outro lado. No entanto - é verdade, ele não dói e realmente produz melhores resultados quando conectado ao terra dos dois lados - pode-se usar o pino de aterramento de calibração para isso.

— Rok Jarc

Ou faça do meu jeito, apenas retire o fio terra da tomada. RI MUITO!

— GeneCode 9/01

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Outras pessoas já explicaram como configurar seus dois canais do osciloscópio para medir a diferença entre dois sinais.

Obviamente, você terá um problema se quiser medir algum outro sinal além desse sinal diferencial. Presumo que seu escopo tenha apenas dois canais.

Nesse caso, você precisaria de uma sonda diferencial. Mas, como JYelton mencionou, as sondas diferenciais são caras.

No entanto, contanto que você não esteja tentando medir tensões muito altas ou frequências muito altas, você pode simplesmente fazer um circuito amplificador diferencial em uma placa de proteção. Você pode alimentá-lo com uma bateria ou talvez com o dispositivo que está medindo.

Amp Diferencial

Apenas certifique-se de usar um amplificador operacional com oscilação de tensão adequada, verifique se ele é estável, e é bom usar esse circuito simples como uma sonda diferencial barata.

— Jonny B Good
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Para medições diferenciais, a maioria dos escopos com pelo menos duas entradas suporta os seguintes recursos:

INVERTER o canal A ou B (ou ambos), geralmente é encontrado na posição próxima ou na configuração AMPL / DIV.
ADICIONANDO o canal A e o canal B, geralmente é encontrado onde você ativa um canal.

Inverta um canal, adicione dois canais e voilá, sua medição diferencial.

— jippie
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Medir os sinais 485 (ou similares) diferencialmente está dentro dos recursos da maioria dos osciloscópios hoje em dia e isso já foi respondido satisfatoriamente, mas eu perguntaria "por que se preocupar" ou "o que você está tentando alcançar"?

Se você estivesse depurando um link esfarrapado 485, acho que teria uma boa chance de ver o problema de uma só vez. É provável que qualquer conexão defeituosa passe sua fragilidade de um dos 485 fios para o outro através do terminador. Não estou dizendo que isso é 100%, mas estou dizendo que nas várias 485 linhas que tive que depurar, nunca senti a compulsão de medir de maneira diferente. Se meus dados recebidos fossem escassos, não hesitaria em olhar para a saída de extremidade única do receptor de dados - afinal, é isso que alimenta o MCU e é o MCU que está me informando sobre os dados escassos.

Fiz alguns links de alta velocidade (80 Mbps) que transmitiram e receberam de maneira diferente. Os dados (intencionalmente) eram informações de borda de três níveis para acoplar magneticamente ao receptor. Também nunca senti a compulsão de depurá-las usando sondas diferenciais - medi uma extremidade simples para garantir que os dados parecessem bons e depois fui para a saída única dos chips receptores para ver qual era o problema.

Eu acho que para sinais diferenciais analógicos, as medições diferenciais são mais importantes porque o que pode parecer "desagradável" em uma linha pode parecer bem diferencialmente.

— Andy aka
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Andy apenas para esclarecer, se você medir um sinal diferencial "de extremidade única", isso significa amarrar o terra do dispositivo no terra do osciloscópio e medir metade do sinal? Nesse caso, isso pode criar um problema para o transceptor enviando ou recebendo o sinal?

— JYelton

@JYelton não, eu não estou defendendo que estou apenas dizendo que olhar para um dos fios em relação ao terra e deixar o outro continuar seu negócio normal diz a maioria das coisas em comunicações diferenciais digitais.

— Andy aka