¿Cómo mido las señales diferenciales (como RS-485 o DMX) en un osciloscopio?

Encontré señales diferenciales en algunos lugares, como un amplificador de audio de salida diferencial y ahora en un proyecto que trabaja con DMX que es similar al RS-485. (Aquí hay una pregunta similar sobre RS-485 ).

Al observar una forma de onda de un controlador de iluminación DMX, por ejemplo, conecté la sonda del canal 1 a D +, la sonda del canal 2 a D-, y ambos cables de tierra a tierra.

Produce esta pantalla:

Si bien esto es utilizable, sé que todavía no es la forma correcta de ver las señales diferenciales.

¿Cuál es la manera correcta? He oído hablar de "sondas diferenciales"; ¿eso significa que necesito comprar nuevas sondas?

La razón por la que no se puede medir señales diferenciales con la misma facilidad con un osciloscopio tiene que ver con el hecho de que los osciloscopios son (en general) no flotante. El cable de tierra en las sondas está conectado al chasis del osciloscopio, que a su vez está conectado a tierra. Debido a esto, cualquier cosa a la que conecte el cable de tierra también se conectará a tierra. (Como demuestran los videos que enlace a continuación, ¡esto es peligroso si se mide alto voltaje!)

Cuando mide dos puntos aleatorios con un multímetro, el medidor está flotando, por lo que no está conectando ninguno de los puntos a tierra real, lo que le permite medir diferencias entre puntos sin preocuparse de que esté creando un cortocircuito.

En aplicaciones de señal de bajo voltaje, atar un lado de una señal diferencial a tierra puede causar problemas y dañar el transceptor.

Hay dos formas de medir señales diferenciales con un osciloscopio:

Si tiene un osciloscopio de dos canales, conecte un lado de la señal al canal 1 y la señal complementaria al canal 2. Los cables de tierra permanecen desconectados.

Como está interesado en la diferencia entre las señales, desea restar el canal 2 del canal 1. La mayoría de los ámbitos proporcionan una forma de sumar o restar las entradas del canal 1 y del canal 2. En algunos ámbitos, es posible que deba agregar el canal 2, pero invertirlo para restarlo efectivamente.

En esta imagen, el osciloscopio tiene un modo AB que resta el canal 2 de 1:

La otra forma es usar sondas diferenciales, y proporciona mejores resultados sin reducir el número de canales utilizables en el osciloscopio. (Y generalmente están diseñados para mediciones de alto voltaje más seguras). Sin embargo, estas sondas son caras.

W2AEW hace un trabajo excelente al explicar estos conceptos en su video sobre mediciones diferenciales utilizando osciloscopios . También hay un video de BTC Instrumentation que muestra el método de sustracción de canales con más detalle.

Otras personas ya han explicado cómo configurar sus dos canales de osciloscopio para medir la diferencia entre dos señales.

Por supuesto, se encuentra con un problema si desea medir alguna otra señal además de esa señal diferencial. Supongo que su alcance tiene solo dos canales.

En tal caso, necesitaría una sonda diferencial. Pero, como JYelton mencionó, las sondas diferenciales son caras.

Sin embargo, siempre y cuando no esté tratando de medir voltajes muy altos o frecuencias muy altas, simplemente puede hacer un circuito amplificador diferencial en un protoboard. Puede alimentarlo con una batería o quizás desde el dispositivo que está midiendo.

Solo asegúrese de usar un amplificador operacional con una oscilación de voltaje adecuada, asegúrese de que sea estable y que sea bueno usar este circuito simple como una sonda diferencial barata.

Para mediciones diferenciales, la mayoría de los ámbitos con al menos dos entradas admiten las siguientes características:

• INVERTIR el canal A o B (o ambos), generalmente se encuentra cerca de la posición o de la configuración AMPL / DIV.
• AGREGANDO el canal A y el canal B, generalmente se encuentra donde habilita un canal.

INVERTIR un canal, AGREGAR ambos canales y listo, su medida diferencial.

Medir 485 (o similares) señales de manera diferencial está dentro de las características de la mayoría de los osciloscopios en estos días y esto ya ha sido respondido satisfactoriamente, pero me preguntaría "¿por qué molestarse" o "qué estás tratando de lograr"?

Si estaba depurando un enlace 485 escamoso, creo que tendría una buena oportunidad de ver el problema de una sola vez. Es probable que cualquier conexión defectuosa pase su descamación de uno de los 485 cables al otro a través del terminador. No digo que sea 100%, pero sí digo que en las 485 líneas que he tenido que depurar nunca he sentido la obligación de medir de manera diferencial. Si mis datos recibidos fueran escamosos, no dudaría en mirar la salida de un solo extremo del receptor de datos; después de todo, esto es lo que alimenta a la MCU y es la MCU la que me indica los datos escamosos.

He hecho algunos enlaces de alta velocidad (80 Mbps) que transmitieron y recibieron diferencialmente. Los datos (a propósito) eran información de borde de tres niveles para acoplarse magnéticamente al receptor. Nunca sentí la compulsión de depurarlos usando sondas diferenciales: he medido un solo extremo para asegurarme de que los datos se veían bien y luego pasé a la salida de un solo extremo de los chips del receptor para ver cuál era el problema.

Supongo que para las señales diferenciales analógicas, las mediciones diferenciales son más importantes porque lo que puede parecer "desagradable" en una línea podría verse bien diferencialmente.