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

Question

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

Mirando una forma de onda de un controlador de iluminación DMX, por ejemplo, conecté la sonda del canal 1 a D+, la del canal 2 a D-, y ambas conducen a tierra.

Produce esta pantalla:

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

¿Cuál es el camino correcto? He oído hablar de "sondas diferenciales"; ¿significa eso que tengo que comprar nuevas sondas?

Answer 1

Otras personas ya han explicado cómo configurar los dos canales del osciloscopio para medir una diferencia entre dos señales.

Por supuesto, te encuentras con un problema si quieres medir alguna otra señal además de esa señal diferencial. Supongo que su alcance tiene sólo dos canales.

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

Sin embargo, siempre que no estés intentando medir voltajes muy altos o frecuencias muy altas, puedes simplemente hacer un circuito amplificador diferencial en una protoboard. Puedes alimentarlo desde una batería o quizás desde el dispositivo que estás midiendo.

Sólo asegúrate de que utilizas un amplificador operacional con una oscilación de voltaje adecuada, asegúrate de que es estable y podrás utilizar este sencillo circuito como una sonda diferencial barata.

Answer 2

La razón por la que no se pueden medir señales diferenciales tan fácilmente con un osciloscopio tiene que ver con el hecho de que los osciloscopios son (generalmente) no flotante. El cable de tierra de las sondas está conectado al chasis del osciloscopio, que a su vez está conectado a tierra. Por lo tanto, cualquier cosa a la que se conecte el cable de tierra también se conectará a la tierra. (Como demuestran los vídeos que enlazo a continuación, esto es peligroso si se mide alta tensión).

Cuando se miden dos puntos al azar con un multímetro, el medidor es flotante, por lo que no estás conectando ninguno de los puntos a la tierra real, lo que te permite medir las diferencias entre los puntos sin preocuparte de que estés creando un cortocircuito.

En las aplicaciones de señales de baja tensión, la vinculación de un lado de una señal diferencial a tierra puede causar problemas y podría dañar un transceptor.

Hay dos maneras de medir las 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.

Dado que usted está interesado en el diferencia entre las señales, quiere restar canal 2 desde el canal 1. La mayoría de los osciloscopios ofrecen una forma de sumar o restar las entradas del canal 1 y del canal 2. En algunos osciloscopios es posible que tenga que añadir canal 2, pero invertir para que lo reste efectivamente.

En esta imagen, el visor tiene un modo A-B que resta el canal 2 del 1:

La otra forma es, efectivamente, utilizando sondas diferenciales, y proporciona mejores resultados sin reducir el número de canales utilizables en el osciloscopio. (Y suelen estar diseñadas para mediciones de alta tensión más seguras.) Sin embargo, estas sondas son caras.

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

Answer 3

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

• INVERT canal A o B (o ambos), suele encontrarse cerca de la posición o del ajuste AMPL/DIV.
• Añadir el canal A y el canal B, normalmente se encuentra donde se habilita un canal.

INVIERTE un canal, AÑADE ambos canales y voilá, tu medición diferencial.

Answer 4

La medición de señales 485 (o similares) de forma diferencial está dentro de las características de la mayoría de los osciloscopios hoy en día y esto ya ha sido respondido satisfactoriamente, pero yo preguntaría "¿por qué molestarse?" o "¿qué estás tratando de lograr?".

Si estuvieras depurando un enlace 485 defectuoso, creo que tendrías una buena oportunidad de ver el problema en un solo extremo. Es probable que cualquier conexión defectuosa pase su flaqueza de uno de los cables 485 al otro a través del terminador. No digo que esto sea el 100% pero sí que en las varias líneas 485 que he tenido que depurar nunca he sentido la necesidad de medir diferencialmente. Si mis datos recibidos fueran defectuosos 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 está diciendo que los datos son defectuosos.

He realizado algunos enlaces de alta velocidad (80Mbps) que transmitían y recibían diferencialmente. Los datos (a propósito) eran información de borde de tres niveles para acoplarse magnéticamente al receptor. Nunca he sentido la obligación de depurar estos usando sondas diferenciales tampoco - he medido un solo extremo para asegurarse de que los datos se veían bien y luego fue 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 parecer bien diferencialmente.