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差分探头在高频测试中为什么CMRR会衰减？
发布：西安普科科技浏览次数：差分探头在高频下 CMRR（共模抑制比）衰减，根本原因可以归结为一句话：差分探头内部两条信号路径的“对称性”会随着频率升高而变差，而 CMRR 恰恰极度依赖这种对称性。
下面从几个关键机制展开说明。
1. CMRR 的本质：依赖两条路径的匹配
理想差分探头的输出应当只响应差分信号，完全忽略共模信号。要做到这一点，正、负两条输入路径的：
衰减比
相位延迟
阻抗特性
必须完全一致。一旦两者出现任何微小差异，共模信号就会在输出端“泄漏”成差分信号，CMRR 随之下降。
CMRR 的定义是：
其中 Acm就是这种“共模转差分”的泄漏增益。高频下，这个泄漏增益会迅速增大。
2. 高频下对称性被破坏的主要机制
（1）寄生电容与寄生电感的影响被放大
探头内部不可避免地存在寄生电容（PCB 走线、元件引脚、屏蔽层）和寄生电感。在低频时，这些寄生参数的阻抗要么很大（电容），要么很小（电感），影响可以忽略；但频率升高后：
寄生电容的容抗 1/(jωC) 下降，形成意外的耦合通道；
寄生电感的感抗 jωL 上升，造成路径阻抗不一致。
正、负两条路径的寄生参数不可能完全相同，于是两条路径的传输函数在高频段出现幅度差和相位差，共模抑制能力随之恶化。
（2）两条路径的相位失配
CMRR 对相位失配极其敏感。假设两条路径幅度完全一致，但存在一个微小的相位差 Δϕ，则共模泄漏大致为：
也就是说，几度的相位差就足以把 CMRR 限制在几十 dB。高频下，寄生电容、电感、元件容差引起的相位差会显著增大，因此 CMRR 快速衰减。
（3）有源器件的带宽与匹配限制
有源差分探头内部通常有差分放大器、缓冲器等有源电路。这些器件的：
增益带宽积有限
输入电容随频率变化
两条通道的晶体管/电阻匹配度有限
都会导致高频时两条路径的增益和相位不再一致。即使器件本身带宽很高，匹配精度仍然是瓶颈。
（4）共模路径本身形成谐振
探头的输入线、屏蔽层、接地回路与寄生电容/电感会构成谐振回路。在某些频率上，共模信号会通过谐振被放大，形成所谓的“共模谐振”，使 CMRR 出现明显的凹谷。这在实测 CMRR–频率曲线上常表现为某些频点的急剧下降。
（5）参考端/接地阻抗不理想
差分探头虽然理论上不依赖地，但实际中探头的屏蔽层、参考端仍与地之间存在阻抗。高频时，这个阻抗上的共模电流会产生压降，等效地引入共模误差，进一步降低 CMRR。
3. 为什么衰减通常随频率“单调下降”
综合来看，随着频率升高：
寄生参数影响增大 → 幅度/相位失配增大；
有源器件匹配变差 → 增益/相位失配增大；
谐振与耦合通道增多 → 共模泄漏路径增多。
这些因素叠加，使 随频率上升，而 可能还因带宽限制而下降，于是 CMRR 呈现随频率单调下降的趋势，并在某些频点出现谐振凹谷。
4. 实际数据的大致规律
典型高性能有源差分探头：
低频（DC～几百 kHz）：CMRR 可达 80～100 dB 以上；
几 MHz：降到 60～80 dB；
几十 MHz：可能只有 40～60 dB；
上百 MHz 甚至更高：CMRR 可能降到 30 dB 甚至更低。
具体数值取决于探头设计、屏蔽、匹配精度和校准方式。
5. 工程上的应对思路
提高两条路径的对称布局，缩短并匹配走线；
选用匹配度高的差分放大器和无源元件；
加强屏蔽，减小寄生电容和共模耦合；
在探头前端做共模滤波/补偿；
校准时要区分差分带宽和共模抑制带宽，后者通常远低于前者。
总结：
差分探头高频下 CMRR 衰减，本质是寄生参数、相位失配、有源器件带宽与匹配限制、共模谐振等因素共同作用，使正负两条路径的对称性随频率升高而恶化，导致共模信号泄漏成差分信号。CMRR 对相位和幅度失配极其敏感，因此这种衰减在高频段尤为明显。
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2026-09-20相关仪器
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