高速差分探头

简介

此高速差分探头可以帮助示波器测量高速差分信号，尤其是对于双通道采样率要减半的中低档示波器，高速差分探头可以帮助采集USB，MIPI等差分信号，以便示波器以单通道观察信号。

此工程含外壳，PCBA可以焊接RG316公头BNC线，和USB供电线，以直接连接示波器。
原始设计为Alfred Rosenkränzer的Active differential probe v2，刊载于Elektor杂志3/2017刊106页。文章可在https://www.elektormagazine.com/magazine/elektor-201703/40232免费下载，附件亦有副本。复刻版保留了ADA4927放大器，修改供电部分为较便宜的零件。

参数

复制自参考工程，尚未验证

工作原理

供电部分

USB 接口提供的 5V 电源经过滤波后，电荷泵会产生一个未稳压的负电压，其幅值大约与输入电压相同。经过进一步滤波后，一个负压低压差线性稳压器（negative LDO）将该负电压稳定到 −4V。同时，一个正压低压差线性稳压器（positive LDO）直接从滤波后的 USB 电源生成 +4V。

放大部分

放大电路基本就是ADA4927的参考差分转单端电路。Alfred在https://www.eevblog.com/forum/testgear/gt-1-ghz-diy-differential-probes/msg1800332/#msg1800332上面提到：ADA4927虽然带宽比LMH5401少，但是够用，而且输入阻抗大，因此更合适。

外壳

probe_case.STL或者probe_case.STEP为3D打印的外壳。外壳使用两颗WN1412的PT牙K20*6螺丝固定。外壳可固定2.5mm直径的同轴线和3.5mm的USB供电线。

USB简易眼图测试

一般比较便宜的示波器都不带时钟恢复，也就不能出眼图。但是目前示波器一般存储深度都很大，可以保存数据后用计算机处理数据生成眼图。

这里我使用MHO98示波器，带宽1G，单通道采样能达到4GSa/S。使用差分探头虽然过冲看不到，看个开口大小还是可以的。

测试方式参考乐鑫的资料 https://docs.espressif.com/projects/esp-iot-solution/en/latest/usb/usb_overview/usb_signal_quality.html

在ESP32P4上烧录usb_eye_diagram_test固件，windows电脑上执行XHSETT，运行"TEST_PACKET"测试。然后把差分探头接到USB信号接近电脑一端。

能采集的信号像这样：

"TEST_PACKET"功能测试时，USB设备会不停的发送：

00 00 00 00 00 00 00 00
00 AA AA AA AA AA AA AA
AA EE EE EE EE EE EE EE
EE FE FF FF FF FF FF FF
FF FF FF FF FF 7F BF DF
EF F7 FB FD FC 7E BF DF
EF F7 FB FD 7E

那么我们可以把AA那部分裁出来，信号会是交替的0101，比较容易处理。这里我们用一个Python脚本进行处理，就能看到眼图：

之后，我在USB线上另加了3米的延长线，明显可以观察到眼图的信号减弱了。