为什么示波器需要光隔离探头
光隔离探头，英文名叫Optical-fiber Isolated Probe，是示波器的一种测量探头。在测试测量领域，高压差分探头前端所获取的信号一般经过电缆传输至后端的测试设备，这种经过电缆传输的方式，存在如下缺点：
1. 不绝缘，在高压场合没有安全性，测试点与测试设备之间不能相互电气隔离；
2. 线缆存在寄生电容、电感、电阻等特性，带宽受到限制；
3. 难以同时满足高压、低压、高带宽及信号完整性指标；
4. 对高压高频共模干扰抑制能力较差。
但高压差分探头也有一些优点：
1. 成本效益：高压差分探头通常比光隔离探头更经济。
2. 简单性：高压差分探头的使用和维护相对简单，不需要复杂的光纤或光电转换技术，这使得它们在操作上更加容易。
光隔离探头同样用于测量差分信号，其原理基于光电效应和物理隔离技术，它通过将电信号转换为光信号，并通过光纤传输至另一端，再将光信号转换回电信号，从而实现信号输入和输出的完全电气隔离。这种转换不仅提供了极高的共模抑制比（CMRR），能够在全带宽范围内提供优异的共模抑制性能，而且还具有高隔离电压和宽测试量程的特点。
光隔离探头的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电信号在探头前端被转换成激光信号。
2. 激光信号通过光纤传输到探头的后端。
3. 在探头后端，激光信号再次被转换成电信号。
其原理框图如下图所示，该探头主要包括衰减器、电-光-电转换网络、无损传输线和示波器接头。
电-光-电转换网络作为光隔离探头的核心，通过电-光转换器、光纤、光-电转换器和控制器实现了被测设备与示波器的电气隔离，缩短了差分信号的传输路径，这很大程度上提高了探头的共模抑制比，使得光隔离探头能测量具有高带宽和高共模电压的差分信号。
RIGOL PIA1000系列光隔离探头具有极高的共模抑制比和隔离电压。在低频直流附近，CMRR高达-180dB，在1GHz附近，CMRR仍然高达-108dB左右。由于完全电气隔离，其隔离电压（也就是共模电压）完全取决于测试环境的绝缘性能，探头自身可达85kV以上。
不同于高压差分探头只可以测试高压信号，光隔离探头测试量程更宽，通过匹配不同的衰减器，在不牺牲信噪比的情况下，完成从低压到高压差模信号的测试，可以实现满量程输出。
另外高压差分探头的前端是两根十几厘米的接线，这可能导致两个问题，一是长接线在测量回路中可以看作是电感，会引起被测电流中不存在的震荡；二是长接线围成的回路可以看作是一个天线，会接收器件在开关过程中快速变化的电流产生的磁场，导致测量结果错误。光隔离探头端部具有一系列可提供高性能和可及性的连接件和附件，可以尽量使得测量接线距离更短、测量接线围成的面积更小，从而避免上述问题导致的测量结果错误。
综上所述，与用于测量高压信号的传统差分探头相比，隔离性和高频性相结合的光隔离探头为设计人员提供更精确的测量结果。他的主要应用案例包括：
1. 电源设备评估、电流并联测量、EMI 和 ESD 故障排除
2. 电机驱动设计、功率转换器设计、电子镇流器设计
3. 氮化镓、碳化硅、IGBT 半/全桥设备的设计与分析
4. 逆变器、UPS 及开关电源的测试
5. 高压高带宽测试应用的安全隔离测试
6. 宽电压、宽带测试应用
7. 各种浮地测试
测试实例一：
这里我们用一块采用纳威半导体芯片的氮化镓演示板进行测试，以演示光隔离探头的优势：
1、连接衰减电缆
将衰减电缆接口的凹槽对准电-光转换器连接器的突起，将衰减电缆插入电-光转换器的连接器，顺时针螺旋拧紧衰减电缆的锁紧螺母。
2、光隔离探头使用MCX或MMCX母座进行连接，测试Vgs 信号时，母座中心引脚必须接 MOSFET 的 G 端。将母座直接焊接到测试点，尽量不要引线，否则会对测试结果产生较大影响。为了焊接方便，可将母座四周的四个引脚剪去三个，保留一个即可。
3、将衰减电缆插入母座，听到“咔哒”一声后，表明连接成功，要注意区分母座型号MCX或MMCX，选择适配的衰减电缆。
4、在20V共模电压的情况下，使用高压差分探头和光隔离探头测量同一个信号，测得的信号如下图所示：
通道一（黄色）是使用高压差分探头测量，通道二（蓝色）是使用光隔离探头测量
高压差分探头测得的信号震荡十分明显，显然不是氮化镓测试管正常的运行状况，而光隔离探头则可测到真实的信号。
测试实例二：
高压差分探头和光隔离探头进行双脉冲测试对比
碳化硅IGBT双脉冲测试，光隔离探头和差分探头同时连接上桥臂Vge接线图
测试方式：被测器件SiC开关，具有上、下管，Vce电压500V左右，同时使用高压差分探头和光隔离探头同时连接上管Vge信号，进行双脉冲测试。
碳化硅IGBT双脉冲测试，光隔离探头(红色波形)和差分探头(白色波形)
同时测量上桥臂Vge波形图
上图为测试结果图，图中白色信号是高压差分探头测试结果，可以看到在Vge上升时刻，上下震荡剧烈，几乎分辨不出本来的波形;我们曾使用高压差分探头测试过一个Vce电压达到800V时的上管Vge信号，震荡已经超过了SiC的关断电压，会严重影响工程师的判断。
而图中红色的波形是采用光隔离探头测试的，信号的干扰就小多了。如果采用光隔离探头单独测试的话，几乎没有干扰，这上面看到的干扰是高压差分探头对光隔离探头造成的影响。事实上，光隔离探头其底噪相对于高压差分探头更低，精度更高，能够测到的共模电压也更大。
综上所述，光隔离探头在各方面性能上其实已经全面超越了差分探头，而对于有需求进行双脉冲实验的用户，光隔离探头是不二之选。
