什么是光隔离探头？隔离探头使用电/光学或射频隔离将探头的参考电压与示波器的参考电压（通常接地）隔离。这使电源设计人员能够在存在大共模电压的情况下准确解析高带宽、高电压的差分信号。
光隔离探头(Optical-fiber Isolated Probe) 是示波器的一种测量探头。光隔离探头是使用光学将探头的参考电压与示波器的参考电压（通常接地）隔离，能够抑制共模电压，使电力电子工程师能够在高压、噪声环境中准确、安全地测量浮动电路的探头。在高速光纤通信系统中，光隔离探头更是不可或缺的组成部分，可以有效地解决光信号的反射问题，提高光纤通信的可靠性和稳定性。
光隔离探头图片光隔离探头原理光隔离探头原理是利用光的全反射和光电效应来实现光电信号的传输。具体来说，光隔离探头由一个光源和一个光电转换器组成。光源发出光线通过光纤传输到被测物表面，当光线遇到被测物表面后发生全反射，被截获并转换为电信号，通过光电转换器输出。光隔离探头在传输光信号的同时也能实时监测被测物表面的反射光强度，从而实现了同时控制光线的发射和接收。
光隔离探头构造光隔离探头工作原理 - 电光转换原理光隔离探头将探头前端（电-光转换器）的电信号转换成激光后，经过光纤传输至后端，在后端（光-电还原器）再将激光转换为电信号。通过电—光—电的转换，从而实现信号输入和输出完全电气隔离。
光隔离探头将电信号转换为光信号，再将光信号转换回电信号这一过程通常分为以下几个步骤：
信号采集：探头前端捕获被测电路的电压信号。电光转换：前端的电光转换器将电压信号转换为相应的光信号。光纤传输：光信号通过光纤传输，光纤作为传输介质，具有抗电磁干扰能力强、信号衰减少的优点。光电转换：探头后端的光电转换器接收到光信号后，将其转换回电信号。信号输出：转换后的电信号通过标准的接口（如BNC接口）输出到示波器或其他测量设备。光隔离探头的主要应用光隔离探头主要应用于新能源及功率半导体领域，例如逆变器、开关电源、电机驱动、 IGBT半 /全桥电路、第三代半导体氮化镓 (GaN) 及碳化硅 (SiC) 器件及所组成的电路测试，也可用于高压浮地测试场合，实现电气安全隔离。
光隔离探头主要测试应用：
基于GaN和SiC的转换系统设计分析电机驱动设计EMC测试电流分流器测量光隔离探头三大主要应用场景 -电动汽车/再生能源/功率半导体光隔离探头的主要参数有哪些？带宽宽禁带半导体电路测试是光隔离探头的主要用途之一，针对碳化硅（SiC）测试，最佳带宽需要在350MHz以上，针对氮化镓(GaN)测试，最佳带宽需要在500MHz以上，所以光隔离探头带宽必须大于200MHz才有更多的现实测量意义。
共模抑制比 (CMRR)CMRR共模抑制比是什么意思?
共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，简写CMRR，符号为Kcmr，单位是分贝db)是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共模信号信号的能力。共模抑制比是差分增益(Ad)和共模增益(Ac)的功率比。它意味着在差动探头的输出中会出现多少共模信号。这是差分探头的关键指标。
CMRR共模抑制比公式
其中：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。
在理想情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因此CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR已经被看作非常好了。这意味着将抑制5V的共模输入信号，使其在输出上显示为0.5毫伏。由于CMRR随着频率提高而下降，因此指定CMRR的频率与CMRR值一样重要。CMRR对于测量全桥或者半桥电路的上管驱动波时，显得尤为重要，这也是高压差分探头测量这类信号时的难点。
60Hz 时 80 dB CMRR 是什么意思? 這也就是10000:1的Vout/Vin振幅比，这意味着两个引线共同的1000V, 60hz正弦波共模噪声将减少到100 mV (=1000V * 1/10,000)转移到示波器。光隔离探头能够在很宽的频率范围内具有很高的共模抑制比(CMRR), 提供更好的共模干扰抑制能力。
基于光纤电气隔离的原理，光隔离探头在DC至1MHz的低频段天生具有极高的共模抑制能力，但这并不代表光隔离探头在全频带具有优异的共模抑制比，光隔离探头要侧重关注中高频的共模抑制参数，因为中高频段的共模抑制能力和光电隔离没有太大的关系，完全依赖优良的硬件设计才可达到理想的共模抑制指标，性能优异的光隔离探头，在200MHz时CMMR高达105dB以上，在1GHz时CMMR仍然在100dB附近。
共模和差模的通俗理解
电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态, 一种是两根导线分别作为信号传输路径与回流路径, 我们称之为"差模"；另一种是两根导线同时做信号传输路径,回流路径通过参考平面（地平面&电源平面）返回, 我们称之为"共模"。
共模电压和差模电压共模电压和差模电压是电路中常用的两个概念。
什么是差模电压？
差模电压是指差分电路两个输入端之间的电压差，也称为差分信号。在差分放大器中，差模电压是被放大的信号，可以被用于传输和放大差分信号。差模电压的大小和极性反映了被测量信号的大小和方向。
什么是共模电压？
共模电压是指差分电路两个输入端之间的平均电压，也称为共模信号。在差分放大器中，共模电压是被忽略的信号，因为差分放大器只对差分信号进行放大。但是，共模电压可以引起一些问题，例如共模干扰、输入偏置电流等。因此，共模电压需要被限制在一定的范围内，以避免对差分放大器的性能产生影响。
光隔离探头核心指标差分电压（Max Differential Voltage）+/- 2500V (AC peak + DC)带宽（Bandwidth）350 MHz, 700 MHz, 1 GHz共模抑制比（ CMRR）160 dB共模电压 (Common M Voltage Range+/- 60,000 V为什么选择光隔离探头？在测试测量领域，测试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：
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；线缆存在寄生电容、电感、电阻等特性，带宽受到限制；难以同时满足高压、低压、高带宽及信号完整性指标；对高压高频共模干扰抑制能力较差。光隔离探头则没有上述缺点。
光隔离探头能将探头前端的高带宽电信号（一般是DC-1GHz）转换成激光，然后经过光纤传输至后端，在后端再将激光转换为电信号，通过电—光—电的转换，从而实现信号输入和输出完全电气隔离。这种转换不同于通信领域的宽带光纤，因为通信领域的光纤传输是允许有误码发生的，当出现误码异常，还可以经过校验发现，再次重新传输。测试测量领域中，信号传输有众多的指标约束，例如信号完整性约束，幅度精度约束，带宽约束，延迟约束等等，这些约束要求极端苛刻，需要克服很多的技术障碍。
光隔离探头有什么优点？光隔离探头的优点是光路简单、噪声小、传输距离远，同时信号转换速度快，能够高效、稳定地实现光电信号的传输。
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-160dB，在1GHz附近，CMRR仍然高达-100dB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60kV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。光隔离探头测试引线短，其探头输入电容很小且没有天线效应，所以测试氮化镓（GaN）不会炸管，十分安全。光隔离探头与差分探头的区别是什么？传统差分探头的抗干扰能力取决于放大器的自身性能、能够处理的共模信号范围，以及虚拟地线相对于真实地的波动能力。而光隔离探头比传统差分探头高100 dB的共模抑制能力，使其成为高压、高侧测量的理想选择！
光隔离探头与差分探头的区别如下：
探头带宽限制高压差分探头通常设计用于处理高电压信号，但它们的带宽可能不如光隔离探头。这意味着在需要高频率信号测量的应用中，高压差分探头可能无法提供足够快的响应时间。
探头共模干扰抑制能力高压差分探头的共模抑制比（Common Mode Rejection Ration,CMRR）是一项重要参数，反映差分探头抑制共模信号的能力，CMRR绝对值越高，测量结果受到的共模电压影响越小。高压差分探头在低频时具有较高的CMRR，随着频率的升高CMRR迅速降低。
以一款常规高压探头为例，其CMRR在DC、100KHz、3.2MHz、100MHz下分别为-80dB、-60dB、-30dB、 -26dB。高频下CMRR偏低就会导致测量结果的错误，为了解决这一问题，就需要使用高频下依然具有高CMRR的电压探头。
而光隔离探头能够在很宽的频率范围内具有很高的共模抑制比（CMRR），提供更好的共模干扰抑制能力。
探头测试精度传统的差分探头一般共模耐压和差模耐压相同，在测量上管驱动信号时，需要根据较大的共模电压选择探头的电压范围，严重影响测试精度。光隔离探头在所有的差分电压范围下，均可达到60000V 共模电压，可以选择合适的差模电压范围的探头前端进行准确的测量。
光隔离探头用途的特殊性，说明经常用于准确的测量。例如在分析碳化硅或者氮化镓控制信号幅度时，往往需要准确的电压结果，因为电压的偏差可能会导致参数突破极限而损坏器件。再例如计算功率器件的损耗，都需要有准确的测试结果，上述幅频特性曲线中，如果曲线波动1dB,代表测试误差达到了12%，这个量级的误差计算出的损耗就没有什么意义。所以光隔离探头的精度要越高越好，这个精度不仅仅指一般宣称的DC精度，是探头可保证测试精度的最大带宽，因为DC要做到小于3%的精度是很容易的。
同样用于测量差分信号，但是它通过电-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。由于他们探头的电气隔离，使其具备极高的共模抑制比和隔离电压，探头自身的绝缘性能可达到60kV以上。
相关内容：什么是差分探头?
差分探头(Differential Probes)是示波器探头的一种，差分探头是利用差分放大原理设计出来的示波器探头。
单端有源探头差分探头差分信号是什么意思？
了解差分探头，也要了解什么是差分信号。差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。
在这两根线上的传输的信号就是差分信号。差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。
光隔离探头的典型测试——高侧测量法当用户需要测量那些专门设计来隔离的门驱动的开关节点时，他们通常会采用一种称为“高侧测量”的方法。简单来说，就是他们在电路中的高压部分进行测量，以确保安全和准确性。在浮动架构中，Vgs（栅源电压）和Vds（漏源电压）并不是以地为参考的，这意味着它们是电隔离的。使用隔离探头可以使示波器（接地）与被测电路之间实现隔离，从而进行具有高共模抑制比（CMRR）的准确差分测量。客户可能会考虑将他们的示波器浮置以节省成本，但我们强烈不建议这样做，因为这存在安全隐患。此外，由于示波器对地的电容问题，其共模抑制比（CMRR）通常较低。
光隔离探头的典型测试——高侧测量法
光隔离探头测试案例 - 上管测试 ( High-side MOSEFT Measurements)当用户进行开关电源上管Vgs驱动信号测试时，传统的高压差分探头受制于较低的共模抑制比，较小的差分Vgs信号（一般2-15V以内）很容易受到较大共模电压（一般数百-数干V）影响，同时我们并不能用适合2-15V电压范围的差分探头进行测试因为它们的共模耐压也是同样水平，一般需要用等同共模电压的差分探头进行测试，这也给测试带来了很多额外噪声，而光隔离探头完美的解决了这些问题，
下图是一个SiC MOSFET 在母线电压为60V的时候传统的高压探头和光隔离探头的上管驱动信号测试结果对比，可以看到传统差分探头测试结果震荡非常的多，请注意这个对比只使用了60V共模电压。如果母线电压越高，震荡将会更激烈！
总之，光隔离探头利用光学原理将光信号转换为电信号，实现了光电信号的传输和控制，具有高效、稳定、精确的特点。在光电信号传输相关领域有着广泛的应用前景。
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