上文講到，探頭從總體上可分為無源探頭和有源探頭兩大類型，而寬帶寬示波器和有源探頭的用戶還需要在單端探頭和差分探頭之間做出選擇。單端探頭測量的是信號對“地”的參考電壓，而測量兩路信號的相對電壓差（與地平面無關），一般來說這兩路信號是相位相差180度的正反電壓，則需要使用差分探頭。本質上，單端探頭也是一種特殊的差分探頭，因為測量的是信號與地平面的相對電勢差，所以理論上用戶也可以只買差分探頭來覆蓋所有差分信號和單端信號的測量需求，但多方面的因素又制約了這種可能性，與單端探頭相比，差分探頭價格更貴，使用也較不方面，需要額外的電源。
a.抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被最大程度抵消。
b.能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。
c.時序定位精確，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS（lowvoltagedifferentialsignaling）就是指這種小振幅差分信號技術。
差分信號的結構特點要求對應的測試設備也必須是差分拓撲，差分探頭因此成為現代示波器的主流配件。下圖1是典型的有源差分探頭電路結構圖：
針對高頻信號測試，有源差分探頭的主要好處是低輸入電容、比單端探頭抑制共模噪聲的能力要高很多，其缺點主要體現在價格普遍較高以及需要額外的電源。比如力科公司的WaveLink系列高帶寬差分探頭即是這類探頭的代表。
2、差分探頭具有高的共模抑制比
什么是共模抑制比，簡單來說，就是差動放大電路中對信號共模成分的抑制能力，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數Adm與對共模信號的電壓放大倍數Acm之比，英文全稱是CommonModeRejectionRatio，一般用簡寫CMRR來表示。
我們可以這樣定義：兩個輸入端分別對地的電壓平均值為共模電壓Vcm，經過差動放大器后的增益為共模增益Acm；兩個輸入端之間的相對電壓差為差模電壓Vdm，其經過差模放大器之后的增益為Adm。CMRR計算公式如下：
CMRR為什么很重要，因為差分探頭的CMRR指標若不好，則共模電壓會加入差分電壓內，造成測量上的誤差，下面為一實例：
單端探頭的CMRR指標為什么很難做高？單端探頭模型表明了探頭放大器到“大地”地線之間有一個寄生電阻和寄生電感，這兩個元件構成了由探頭電纜屏蔽層和大地地線組成的傳輸線所產出的特性阻抗。這一特性阻抗是很重要的，因為當你給單端探頭加一個共模信號時，地線電感值就與這一特性阻抗一起組成了一個分壓器。此分壓器對到達放大器的地線信號起衰減作用。由于放大器的信號和地線輸入信號受到的衰減各不相同，在放大器的輸入端上就出現了一個凈信號，從而使放大器有輸出信號。地線電感越大，共模抑制能力越低，所以當使用單端探頭時，保持地線盡量短是很重要的。
當你給差分探頭加上一個共模信號時，放大器的正負兩個輸入端都有同一個信號。所產生的唯一輸出信號是該放大器抑制特性的函數，它與連線電感無關。因此，在存在很大的共模噪音時，用差分探頭來測量更為精確。這是差分探頭與單端探頭之間很典型的區別，除非單端探頭的接地連接的電感非常小，而這一點在實際實踐中是很難做到的。所以實際的差分探頭CMRR一般都優于單端探頭。
電源系統測試中經常要求測量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測量兩點電壓，導致探頭燒毀的現象時有發生。這是因為：大多數示波器的”信號公共線”終端與保護性接地系統相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信號都具有一個公共的連接點。該公用連接點通常是示波器機殼，通過使交流電源設備電源線中的第三根導線源線地線，并將探頭地線連到一個測試點上。單端探頭的地線與供電線直接相連，后果必然是短路。這種情況下，我們需要浮地測量。
所謂“浮地”測量，即測量的兩個點都不處于接地電位，這是一種典型的差分測量。“信號公共線”與地之間的電壓可能會升高到數百伏。
通過切斷標準三頭AC插座地線的方法或使用一個交流隔離變壓器，切斷中線與地線的連接。將示波器從保護地線浮動起來，以減小地環路的影響。這種方法其實并不可行，因為在建筑物的布線中中線也許在某處已經與地線相連，是不安全的測量方法，會帶來l人身傷害，儀器和電路損壞！
此外，它違反了工業健康和安全規定，且獲得的測量結果也差。而且，交流供電儀器在地面浮動時會出現一個大的寄生電容。因此，浮動測量將受到振蕩的破壞。
總而言之，將示波器“浮地”非常糟糕的注意，這將導致：
――損壞被測器件；
――損壞示波器
――給人身帶來潛在傷害
――導致很差的測量精度
問題該如何解決：
最佳解決辦法就是使用高共模抑制比的差分探頭，因為兩個輸入端都不存在接地的問題，兩路輸入信號的差分運算在探頭前端放大器完成，傳輸到示波器通道的信號是已差分后的電壓，示波器無需去掉三線插頭的接地端即可實現安全的浮地測量。比如力科公司的ADP305高壓差分探頭即是安全測量三相市電的火線與火線、火線與中線間壓差的最佳探頭。