CN101454971B - 可用于信号采集探针的模式选择放大器电路 - Google Patents

可用于信号采集探针的模式选择放大器电路 Download PDF

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Abstract

模式选择放大器电路具有耦合来接收输入信号A、B和C的多级差分放大器电路。各个差分放大器电路可有选择地操作用于产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。本模式选择放大器电路可用在信号采集探针中，用于向测量测试仪器提供各种信号输出模式。

Description

可用于信号采集探针的模式选择放大器电路
技术领域
本发明一般涉及放大器电路，尤其涉及用在信号采集探针中的模式选择放大器电路。
背景技术
信号采集探针从被测装置采集各种类型的电信号。通常，可把电信号分为单端信号和差分信号。把单端信号承载在具有关联参考、通常为电接地的信号导体上。把差分信号承载在信号导体对上，差分信号具有两个电信号分量。
单端和差分电压信号采集探针被制造来测量相应的单端和差分信号。电压单端信号采集探针具有用于接触承载单端信号的被测装置上的测试点的探测尖。接地触头或引线从信号采集探针伸出，用于连接到与单端信号相关联的接地参考。对于单端有源电压探针，把探针尖经衰减电路电耦合到缓冲放大器。缓冲放大器将信号从通过探针电缆的加负载隔离，并提供受控的阻抗输出。缓冲放大器的输出耦合至通常具有50欧姆阻抗特性的探针信号电缆。该电缆的另一端经探针控制盒耦合至测量测试仪器、比如示波器等，用于在示波器的显示装置上显示信号表示。
差分电压信号采集探针具有双探测尖，用于接触承载差分信号的被测装置的测试点。双探测尖经双衰减电路耦合至差分放大器的输入。差分放大器产生与该差分信号成比例的输出。差分放大器的输出耦合至通常具有50欧姆特性阻抗的探针信号电缆。该电缆的另一端经探针控制盒被耦合至测量测试仪器、比如示波器等，用于在示波器的显示装置上显示该差分信号的信号分量的差值表示。
差分信号具有利用两个单端电压信号采集探针测量的共模分量。单端电压信号采集探针中之一的探针尖被耦合至差分信号的信号分量之一，且另一单端电压信号采集探针的探针尖被耦合至差分信号的另一信号分量。各个信号采集探针被耦合至示波器的分离信号输入通道，示波器将信号分量求和并将求和结果除以2以产生共模信号结果。共模信号结果显示在示波器的显示装置上。
使用两个单端信号采集探针测量差分信号的共模电压有许多缺点。在探针之间增益或延迟的不匹配可能导致共模测量错误。为了减少这些延迟，探针必须是抗扭斜的(deskewed)，以使来自一个探针的信号与另一个对准。这要求在测量测试仪器内使用抗扭斜固件和算法，用于对准来自抗扭斜固件的信号。仪器中未被从信号通道校准的任何内部延迟将影响共模测量。
需要的是在允许各种测量模式的信号采集探针内部的放大器电路。该放大器电路应该能接收与参考源、比如电接地参考的电压信号和差分电压信号，并且产生包括差分和共模信号输出以及与参考源参考的电压信号的各种信号输出模式。本放大器电路应该可用于可配置为单端和差分信号采集探针的信号采集探针内。
发明内容
上述需要由具有多重差分信号输出模式的模式选择放大器电路满足。本模式选择放大器电路具有耦合到输入信号A、B和C的多级差分放大器电路。各个差分放大器电路可有选择地操作用于产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。
优选地，本模式选择放大器电路包括具有耦合到至少第一电流源的输入和多重输出的开关电路，各个输出耦合至差分放大器电路之一。开关电路有选择地将电流源耦合至各个差分放大器电路，用于独立于其它差分放大器电路地操作多级差分放大器电路的每个差分放大器电路。在本优选实施例中，开关电路是具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至恒流源并具有多重输出。各个输出耦合至多级差分放大器之一。开关电路可以用多路输出选择器电路实现。
模式选择放大器电路也可以用耦合来接收代表各种输出模式的差分放大器电路的信号输出的求和电路来实现。求和电路产生代表差分放大器电路所选输出模式的总信号输出。
输出放大器接收差分放大器电路中每个差分放大器电路的信号输出或求和电路的总信号输出，并产生代表差分放大器电路所选输出模式的输出信号。输出放大器可以产生等于和代表差分放大器电路所选输出模式的差分或者单端输出信号。
在另一实施例中，模式选择放大器电路的多级差分放大器电路同时工作以产生信号输出，各个差分放大器电路产生选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C中之一的输出模式。多级差分放大器电路的信号输出耦合到有选择地传递差分放大器中每个差分放大器电路的信号输出的开关电路。开关电路的所选信号输出耦合到输出放大器，用于产生代表差分放大器电路所选输出模式的输出信号。
优选实施例的模式选择放大器电路包括模式开关，该模式开关具有耦合来接收输入信号A、B和C中至少两个的多级差分放大器。各个差分放大器电路产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。经开关电路把各个差分放大器电路有选择地耦合到至少第一恒流源。各个输出耦合到多级差分放大器电路之一。耦合第一和第二电平转换器以便从模式开关接收信号输出并产生电平转换信号输出。输出放大器接收电平转换信号输出并产生等于和代表差分放大器电路的所选差分放大器电路输出模式的输出信号。输出放大器可产生等于和代表差分放大器电路的所选输出模式的差分或单端输出信号。
模式选择放大器电路可以合并到具有经探针电缆耦合至探针控制盒的探头的信号采集探针。探头具有用于接收信号输入A、B和C的探测触头。把信号输入耦合至模式选择放大器电路，产生代表选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一的各种输出模式的信号输出。来自模式选择放大器电路的信号输出耦合至第一和第二电平转换器，用于产生电平转换信号输出。电平转换信号输出耦合至产生差分输出信号的差分输出放大器。差分输出放大器可以配置为单端输出放大器，单端输出信号等于和代表选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一的各种输出模式。探针控制盒经具有一个或以上同轴电缆信号线、通信线和电压线的探针电缆接收差分或者单端输出信号。探针控制盒具有探针电路和控制器，控制器耦合至探针电路和探头。控制器经通信线提供控制信号给探针电路和探头，用于有选择地操作模式选择放大器电路的差分放大器电路中的每个差分放大器电路。探针控制盒也经探针电缆电压线把电压功率耦合到探头。
从以下与随附的权利要求书和附图一起阅读的详细描述，本发明的目的、优点和新颖特征就清楚了。
附图说明
图1是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路的第一实施例。
图2是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路的又一实施例。
图3是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路的第三实施例。
图4是图解进入和离开模式选择放大器电路的信号的示例的表。
图5是在用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路的差分信号模式开关中的线路的示意表示。
图6是用于与模式选择放大器电路一起使用的信号采集探针的透视图。
图7A和7B是带模式选择放大器电路的信号采集探针的示意框图。
图8是带模式选择放大器电路的信号采集探针的备选探头配置的示意框图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路10的第一实施例。模式选择放大器电路10具有接收电压或电流输入信号A、B、和C的输入A、B、和C。输入信号可以是单端的，由输入信号A和C或者输入信号B和C表示，或者是差分的，由输入信号A和B表示，差分信号具有共模分量(common-mode component)。输入信号A、和C通过缓冲电路12、14，和16耦合到差分放大器18、20、22和24的各个输入。各个差分放大器18、20、22和24被耦合至恒流源26、28、30和32。备选地，差分放大器18、20、22和24可以耦合至有多重电流输出的单个电流源。差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的差分输出被耦合至开关电路34。开关电路34接收输入，用于有选择地把各个差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的差分输出耦合到输出放大器36。输出放大器36产生输出，该输出被耦合至附加电子线路、比如示波器的输入信号通道线路。
可把开关电路34实现为多路复用器，多路复用器接收串行数据命令或逻辑信号，用于有选择地把差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。备选地，开关电路34可以用电子继电器来配置，电子继电器有选择地把差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。开关电路34也可以用统调机械开关(ganged mechanical switch)来配置，手动转换统调机械开关以便有选择地把差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。如果没有脱离随附权利要求中所阐明的本发明的范围，可以把其他的开关配置用于模式选择放大器电路10。
耦合各个差分放大器18、20、22和24以便接收输入信号A、B和C中的至少两个。把具有输入信号A和B的差分信号耦合至差分放大器18和20的输入。也耦合差分放大器18以便接收信号输入C，在这里C可以是信号，但通常是电压、比如信号地。差分放大器22接收信号输入A和C，在这里信号C与输入信号A关联。差分放大器24接收信号输入B和C，在这里信号C与输入信号B关联。输入信号A和B可以与差分信号关联，或者可以是与输入信号C关联的单端电压信号，在这里输入信号C是信号地。
把差分放大器18配置为差分放大器对，输入信号C耦合至各个差分放大器的输入之一，且差分输入信号A和B耦合至各个相应的差分放大器的另一输入。把各个差分放大器的正输出耦合在一起并把各个差分放大器的负输出耦合在一起，以便各个差分放大器具有0.5的增益。差分放大器18因而产生的信号输出是代表输出模式等于(A+B)/2-C的差分信号。
把差分输入信号A和B耦合至差分放大器20相应的差分输入。差分放大器20运行，以便用差分放大器20因而产生的信号输出来取输入信号A和B之间的差值作为代表输出模式等于(A-B)的差分信号。差分放大器22接收单端输入信号A和与输入信号A关联的输入信号C。差分放大器22运行，以便用差分放大器22因而产生的信号输出来取单端输入信号A和输入信号C之间的差值作为代表输出模式等于(A-C)的差分信号。差分放大器24接收单端输入信号B和与输入信号B关联的输入信号C。差分放大器24运行，以便用差分放大器24因而产生的信号输出来取单端输入信号B和输入信号C之间的差值作为代表输出模式等于(B-C)的差分信号。
把差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的输出模式耦合至开关电路34。当开关电路是多路复用器或电子继电器时响应信号命令或逻辑信号，或手动转换统调机械开关，开关电路34有选择地把差分放大器18、20、22和24的输出模式之一耦合至输出放大器36。输出放大器36将差分信号输出转换为单端输出信号。信号终端的输出信号代表输出模式(A+B)/2-C、(A-B)、(A-C)和(B-C)之一。
图2图解用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路10的另一实施例。与前一附图相似的元件在图2中标注成一样。把输入信号A、B和C耦合至如前所述的差分放大器的各个输入。差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器的作用与先前所述相同，差分放大器18的信号输出代表等于(A+B)/2-C的输出模式，差分放大器20的信号输出代表等于(A-B)的输出模式，差分放大器22的信号输出代表等于(A-C)的输出模式，差分放大器24的信号输出代表等于(B-C)的输出模式。把各个差分放大器18、20、22和24经开关电路42有选择地耦合至恒流源40。开关电路34优选为多路输出选择器，该多路输出选择器接收逻辑电平或者串行数据指令信号，用于有选择地把电流源40耦合至差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器。备选地，开关电路34可以用电子继电器来配置，电子继电器有选择地把恒流源耦合到差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器。开关电路34也可以用统调机械开关来配置，手动转换统调机械开关以便有选择地把恒流源耦合至差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器。开关电路42有选择地把恒流源40耦合至差分放大器18、20、22和24中每个差分放大器，使所选择的差分放大器工作同时保持其他差分放大器不工作。把正在工作的差分放大器的输出耦合至将该信号输出与其他差分放大器的信号输出求和的求和电路44。由于其他差分放大器不工作且不产生信号输出，正在工作的差分放大器的信号输出与其他差分放大器的零输出求和。求和电路44的总信号输出被耦合至输出放大器36的输入。
图3图解用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路10的再一实施例。与前面附图相似的元件在图3中标注成一样。优选地在专用集成电路(application specific integrated circuit：ASIC)中实现模式选择放大器电路10，在这里把ASIC安装在基板上且通过形成在基板上的接触焊点(pad)耦合至其他电路元件。把输入信号A、B和C经接触焊点50、52和54耦合到模式选择放大器电路10。把输入信号A、B和C经缓冲电路12、14和16耦合到模式开关56。模式开关56包括差分放大器18、20、22和24。模式开关56经开关电路42从恒流源40接收电流信号。开关电路42所起作用如先前所述，有选择地将恒流源耦合至模式开关56中的差分放大器18、20、22和24之一。然而在图2的实施例中，把差分放大器18、20、22和24的信号输出耦合至求和电路44，在ASIC中把差分放大器18、20、22和24的信号输出耦合在一起，结果是模式开关56具有的单差分输出，该差分输出为差分放大器18、20、22和24的输出模式((A+B)/2-C)、(A-B)、  (A-C)和(B-C)中之一。把模式开关56的差分输出通过信号平整放大器(signal levelling buffer amplifier)58和60耦合并应用到差分输出放大器62的差分输入。来自差分放大器62的差分输出信号可以耦合至测量测试仪器、比如示波器的输入信号通道线路。差分输出放大器62也可被配置来产生单端输出信号。在这种配置中，差分输出放大器62具有2的增益，这使放大器62的负差分输出通过终端电阻器64接地，同时仍提供具有正确输出信号模式((A+B)/2-C)、(A-B)、(A-C)和(B-C)的输出信号。设置终端电阻器64的值以便与输入信号通道线路的输入终端一致。
参考图4，示出了说明进入和离开图3的模式选择放大器电路10的信号的示例的表。为了说明，输入信号A具有12mV的电压，输入信号B具有7mV的电压，输入信号C具有2mV的电压。把用于电流开关42的开关逻辑示出在开关逻辑列中，在这里给电流开关42的0，0逻辑输入使以如模式列中所示的模式(A-B)工作的差分放大器20工作。给电流开关42的1，0逻辑输入使以模式(A-C)工作的差分放大器22工作。给电流开关42的0，1逻辑输入使以模式(B-C)工作的差分放大器24工作。给电流开关42的1，1逻辑输入使以模式((A+B)/2-C)工作的差分放大器18工作。对于差分放大器20，在模式开关56的输出S+和S-的差分输出信号是5mv，源于12mV的输入信号A减去7mV的输入信号B。对于差分放大器22，在输出S+和S-的差分输出信号是10mV，源于12mV的输入信号A减去2mV的输入信号C。对于差分放大器24，在输出S+和S-的差分输出信号是5mV，源于7mV的输入信号B减去2mV的输入信号C。对于差分放大器18，在输出端S+和S-的差分输出信号是7.5mV，源于12mV的输入信号A和7mV的输入信号B的和除以2再减去2mV的输入信号C。模式开关56的各种差分输出被信号电平缓冲放大器58和60进行电平转换，使得到放大器62的差分输入在模式(A-B)是+2.5mV和-2.5mV，在模式(A-C)是+5mV和-5mV，在模式(B-C)是+2.5mV和-2.5mn，在模式((A+B)/2-C)是+3.75mV和-3.75mV。如前所述，如果差分放大器62具有2的增益，该放大器负输出通过终端电阻器64接地，则输出放大器62可以是单端的。用于各种输出信号模式的差分信号的正输出乘以放大器62的增益，产生与来自各个差分放大器18、20、22和24的差分输出匹配的输出信号。
参考图5，示出了模式开关56中线路的示意表示。与先前的附图相似的元件在图5中标注成一样。输入信号A、B和C通过缓冲电路12、14，和16耦合到差分晶体管对的各个基极输入。驱动差分晶体管对的源电流由耦合至开关矩阵74的第一和第二恒流源70和72提供。开关矩阵74具有双开关元件76和78，每个恒流源70和72耦合至开关元件76和78之一。每个开关元件76和78具有用于把恒流源70和72耦合至差分晶体管对的多重输出，对于开关元件76分别标注为1、2、3和4而对于开关元件78则为1、2、3和5。控制信号经信号输入线80耦合至开关矩阵74。控制信号是如参考图4所述的逻辑电平，使开关元件76和78有选择地将恒流源耦合至各个差分晶体管对。差分晶体管对的正集电极输出″+″在正输出晶体管82的发射极之前被耦合在一起。同样，差分晶体管对的负集电极输出″-″在负输出晶体管84的发射极之前被耦合在一起。
用于差分放大器20的差分晶体管对86和88使它们的发射极经过匹配阻值电阻器90和92耦合至恒流源70和72。选择电阻器值以便在晶体管对86和88的输出产生1的增益。耦合晶体管86的基极以便接收差分输入信号的输入信号A，耦合晶体管88的基极以便接收差分输入信号的输入信号B。由于把差分晶体管对耦合至恒流源70和72，在A和B信号分量之间的电压差将引起流入一个晶体管的电流比另一个多。结果是在输出晶体管82和84的集电极上的差分输出信号，即输入信号A和输入信号B之间的差值。
用于差分放大器22的差分晶体管对94和96使它们的发射极通过匹配阻值电阻器98和100耦合至恒流源。由于采用差分晶体管对86和88，选择电阻器值以在差分晶体管对94和96的输出产生1的增益。耦合晶体管94的基极以便接收单端电压信号的输入信号A，耦合晶体管96的基极以便接收是与输入信号A相关联的参考信号、通常是电接地的输入信号C。把差分晶体管对94和96耦合至恒流源70和72，如果输入信号A不与输入信号C处于相同电平则导致更多电流流入晶体管94。结果是在输出晶体管82和84的集电极上的差分信号输出，即输入信号A和输入信号C之间的差值。
用于差分放大器24的差分晶体管对102和104使它们的发射极通过匹配阻值电阻器106和108耦合至恒流源70和72。差分晶体管对102和104具有与先前所述的差分晶体管对86、88和94、96相同的增益，并且除了下述以外以与差分晶体管对94和96本质相同的方式工作：耦合晶体管104的基极以便接收单端电压信号的输入信号B，耦合晶体管104的基极以便接收是与输入信号B相关联的参考信号、通常是电接地的输入信号C。差分晶体管对102和104工作的结果是在输出晶体管82和84的集电极上的差分输出信号，即输入信号B和输入信号C之间的差值。
如前所述，把差分放大器18配置为差分放大器110和112对，输入信号C被耦合至各个差分放大器的输入之一，且差分输入信号A和B被耦合至各个相应的差分放大器110和112的另一个输入。差分放大器110和112的电路拓扑结构相同，差分放大器110的差分晶体管对114和116的发射极和差分放大器112的差分晶体管对118和120的发射极耦合至匹配阻值电阻器122、124、126和128。用于这些电阻器中每一个的电阻器值是另一个差分晶体管对的电阻器值的两倍，对于差分晶体管对114、116和118、120导致0.5的增益。差分晶体管对114和116的电阻器122和124之间的联结点经开关矩阵74的开关元件78耦合至电流源70。在差分晶体管对118和120的电阻器126和128之间的联结点经开关矩阵74的开关元件78耦合至电流源72。耦合差分晶体管对114、116和118、120的晶体管116和118的基极以便接收输入信号C。输入信号C可以是信号地或者某些由可变电压源提供的电压电平。耦合差分晶体管对114、116的晶体管114的基极以便接收差分信号的输入信号A，耦合晶体管120的基极以便接收差分信号的输入信号B。
差分晶体管对114和116工作的结果是从输出晶体管114和116的集电极输出的差分输出信号，即输入信号A和输入信号C之间的差值。差分晶体管对114和116工作的结果是从输出晶体管120和118的集电极输出的差分输出信号，即输入信号B和输入信号C之间的差值。把从晶体管116和118的集电极输出的输出、以及从晶体管114和120的集电极输出的输出加在一起。组合晶体管对114、116和118、120的结果是输出晶体管82和84的集电极上的差分输出信号，即具有如其它差分晶体管对86和88、94和96、102和104一样的增益的一半的输入信号A和B的和减去输入信号C。
参考图6，示出了可使用模式选择放大器电路10的信号采集探针200的透视图。把信号采集探针200耦合至测量测试仪器202，比如示波器、逻辑分析器等。信号采集探针200具有探针触头204，用于电接触被测装置210上的电路迹线(trace)206或者接触点208。探针触头被安装在附连到探测尖组件214的柔性基板212上。把探测尖组件214内部的电路电耦合至同轴信号电缆216。同轴信号电缆216中每个具有由外部屏蔽导体包围的中心信号导体。同轴信号电缆216终止于探头218，其中布置了模式选择放大器电路10和关联线路。把探头经探针电缆222耦合至探针控制盒220。优选地，探针电缆222至少包括具有中心信号导体和外部屏蔽导体的第一同轴信号电缆、通信线和电压功率线。控制盒220具有带板上存储器或者分离存储器的控制器，以及探针线路。把控制盒220经被耦合到测量测试仪器202内部的输入信号通道线路的多路仪器接口224之一，耦合至测量测试仪器202。优选地，测量测试仪器202具有其上显示来自被测装置的输入信号的显示装置226。测量测试仪器202包括用于控制仪器设置的前部面板控制228，比如可旋旋钮、按钮等。备选地，可在显示装置226上以图形方式产生和显示前部面板控制，并且可由使用者控制。每个仪器接口224至少具有第一同轴信号连接器和电压功率以及通信总线触头。
参考图7A以及7B，示出了信号采集探针200的示意框图。与前一附图相似的元件在图7A和7B中标注成一样。探测触头204是从阻尼阻抗电阻器240伸出的引线。探测触头204获取信号输入A、B，和C。把从电阻器240另一端伸出的引线连接至柔性基板212，并且电耦合到柔性基板212上的电路迹线。把用于耦合至输入信号A和B的电路迹线中的两条耦合至布置在探测尖组件214中的阻容分压网络246和248的第一部分242、244。把阻容分压网络246和248的第二部分250、252布置在探头218中，并且经同轴信号电缆216电耦合至第一阻容分压网络部分242、244。把用于耦合输入信号C的另一电路迹线经同轴信号电缆216的外部屏蔽导体耦合至电接地。把电路迹线254设置在耦合至同轴信号电缆216的外部屏蔽导体的探头218中。
把阻容分压网络246和248的第一和第二部分242、250和242、252之间的连接点以及接地的电路迹线254分别耦合至模式选择放大器电路10的缓冲电路12、14和16。把缓冲电路12、14和16的输出耦合至模式开关56相应的A、B和C信号输入。把模式开关56的差分信号输出S+和S一分别耦合至信号电平缓冲放大器58和60。把缓冲放大器58和60的输出耦合至输出差分放大器62的差分输入。把输出差分放大器62的正差分输出耦合至同轴信号电缆256的中心信号导体。把同轴信号电缆256的中心信号导体耦合至如图7B所示的探针控制盒220中的探针线路258。探针线路258可以包括由控制器260控制的增益开关电路、衰减电路、探针偏移量电路等。控制器260经耦合至仪器接口224的串行通信总线262与测量测试仪器202通信。通信总线262允许由控制器260向测量测试仪器202提出请求，并允许把命令信号从测量测试仪器202传送到控制器260。通信总线262还允许存储在存储器264中的探针数据向测量测试仪器202的传输。探针控制盒220也经仪器接口224从测量测试仪器202接收电压功率。把电压功率经探针电缆222中的电压线266提供给探针线路258、控制器260、存储器262以及在探头218中的模式选择放大器电路10。控制器260经布置在探针电缆222中的通信线268与模式选择放大器电路10通信。通信线268可以是两线串行通信线、比如I2C总线等，或者是给电流开关42或者开关矩阵74提供逻辑电平的两条逻辑线。如前所述，电流开关42响应从通信线268上的控制器所提供的逻辑电平，有选择地把电流源40或者电流源70和72耦合到差分放大器18、20、22和24。
代表输出模式A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C的各种信号输出表示式的选择可以多种方式实施。例如，可把为每个输出模式分配的按钮安装在探针控制盒220上。把按钮耦合到在启动时向在开关控制盒220中的控制器260提供请求的接触开关。控制器260解释各个请求，并且把适当的逻辑电平或逻辑命令耦合至电流开关42、74用于开启与按下的按钮对应的差分放大器18、20、22和24。备选地，测量测试仪器202可具有显示在装置226上、显示各种输出模式的使用者接口。如果显示装置226是触摸屏装置，那么使用者通过使用前部面板控制228或者触动显示装置226选择输出模式之一。测量测试仪器202中的控制器解释该选择，并产生命令指令，所述命令指令经串行通讯总线262耦合至探针控制盒220中的控制器260。控制器260解释这些命令指令，并产生耦合至电流开关42、74的适当的逻辑电平或逻辑电平命令，用于开启对应于使用者所选择的输出模式的差分放大器18、20、22和24。
参考图8，示出了具有模式选择放大器电路10的信号采集探针200的备选探头配置的示意框图。与前一附图相似的元件在图8中标注成一样。图8中信号采集探针200的总体拓扑结构和操作，除与获得输入信号C相关联的线路以外，类似于图7A和7B中的探针。不是把为获得输入信号C而指定的探针尖204耦合到如图7A的接地，现把该探针尖耦合至阻容分压网络270。阻容分压网络270具有与阻容分压网络246和248相同的拓扑结构，因为分压网络270具有耦合至输入信号C输入的导电迹线的第一部分272。把阻容分压网络270的第二部分274布置在探头218中，并经其它同轴信号导体216耦合至第一部分272。把阻容分压网络270的第一和第二部分272和274的连接点耦合至模式选择放大器电路10的缓冲电路16。图8的信号采集探针200能接收输入信号C上的参考电位。输入信号C参考电位可以是要求不接地的输入信号C的使用者要求或者信号标准要求。
如上所述，可把来自差分放大器62的差分输出信号耦合至测量测试仪器202。在这样的配置中，探针电缆222具有第一和第二同轴信号电缆，同轴信号电缆的中心信号导体分别耦合至差分放大器62的正负输出。改进测量测试仪器202的各个仪器接口224和控制盒220以便接受差分放大器62的正负输出。该改进可以采取至各个仪器接口224和控制盒220的第一和第二同轴信号连接器的形式。
可以对本发明的上述实施例的细节作不脱离其根本原理的许多变化，对于本领域的技术人员是显而易见。因此，本发明的范围将仅由所附权利要求书确定。

Claims (28)

1.一种具有多重输出模式的模式选择放大器电路，包括耦合来接收信号输入A、B和C中至少两个的多级差分放大器电路，各个差分放大器电路可有选择地操作，用于产生代表输出模式的信号输出，代表各个差分放大器电路的输出模式的信号输出选自所述信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。
2.如权利要求1所述的模式选择放大器电路，还包括用于有选择地、独立于其它差分放大器电路地操作所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的装置。
3.如权利要求2所述的模式选择放大器电路，其中，所述有选择地操作的装置还包括开关电路，所述开关电路具有耦合到至少第一电流源的输入和多个输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器电路之一，所述开关电路有选择地把所述电流源耦合至所述多级差分放大器电路的每个差分放大器电路，用于独立于其它多级差分放大器电路来操作所述多级差分放大器电路中的每个差分放大器电路。
4.如权利要求3所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关电路包括多路输出选择器。
5.如权利要求3所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大器，所述输出放大器接收所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的输出信号。
6.如权利要求5所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的差分输出信号的差分放大器。
7.如权利要求6所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出差分放大器具有正负差分输出，所述输出差分放大器具有2的增益，且所述负差分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的单端输出信号。
8.如权利要求3所述的模式选择放大器电路，其中，所述有选择地操作的装置还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至第一和第二恒流源·之一且具有多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器之一。
9.如权利要求8所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关矩阵还包括多路输出选择器。
10.如权利要求3所述的模式选择放大器电路，还包括求和电路，所述求和电路耦合来接收代表所述多级差分放大器电路的输出模式的信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路所选输出模式的信号输出的总信号输出。
11.如权利要求10所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大器，所述输出放大器接收所述求和电路的总信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路所选输出模式的信号输出的输出信号。
12.如权利要求11所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述多级差分放大器电路所选输出模式的信号输出的差分输出信号的差分放大器。
13.如权利要求11所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出差分放大器具有正负差分输出，所述输出差分放大器具有2的增益，且所述负差分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述多级差分放大器电路所选输出模式的信号输出的单端输出信号。
14.如权利要求1所述的模式选择放大器电路，还包括耦合至所述多级差分放大器电路的信号输出的开关电路，用于有选择地传递所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出。
15.如权利要求14所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大器，所述输出放大器接收所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的所选输出模式的信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的所选输出模式的信号输出的输出信号。
16.如权利要求15所述的模式选择放大器，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的差分输出信号的差分放大器。
17.如权利要求16所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出差分放大器具有正负差分输出，所述输出差分放大器具有2的增益且所述负差分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的单端输出信号。
18.一种具有多重信号输出模式的模式选择放大器电路，包括；
模式开关，具有耦合来接收信号输入A、B和C中至少两个的多级差分放大器电路，各个差分放大器电路产生代表输出模式的信号输出，代表各个差分放大器电路的输出模式的信号输出选自所述信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C中之一。
开关电路，具有耦合到至少第一电流源的输入和多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器电路之一，所述开关电路从用于有选择地把所述源耦合到所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的控制器接收控制信号，用于独立于其它多级差分放大器电路地操作所述多级差分放大器电路中的每个差分放大器电路；
第一和第二电平转换器，耦合来从所述模式开关接收代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的电平转换信号；以及
输出放大器，接收所述电平转换信号输出并产生输出信号，所述输出信号代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出。
19.如权利要求18所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关电路还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至第一和第二恒流源之一且具有多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器电路之一用于有选择地把所述第一和第二电流源耦合至所述多级差分放大器电路中的每个差分放大器电路。
20.如权利要求18所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关电路包括多路输出选择器。
21.如权利要求18所述的模式选择放大器，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的差分输出信号的差分放大器。
22.如权利要求18所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出差分放大器具有正负差分输出，所述输出差分放大器具有2的增益且所述负差分输出经过终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的单端输出信号。
23.一种信号采集探针，包括：
探头，具有用于接收信号输入A、B和C中至少两个的探测触头，所述信号输入耦合至具有多级差分放大器电路的模式选择放大器电路，各个多级差分放大器电路可有选择地操作用于产生代表输出模式的信号输出，各个多级差分放大器电路的输出模式选自代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C中之一；以及
探针控制盒，耦合来经具有至少第一同轴信号线、通信线和电压线的探针电缆接收信号输出，所述探针控制盒具有探针电路和控制器，所述控制器经所述通信线耦合至所述探针电路和所述探头以提供控制信号给所述探针电路和给所述探头，用于有选择地操作所述模式选择放大器电路的所述多级差分放大器电路中的每个差分放大器电路，所述探针控制盒经所述探针电缆电压线把电压功率耦合至所述探头。
24.如权利要求23所述的信号采集探针，其中，所述模式选择放大器电路还包括：
模式开关，具有耦合来接收信号输入A、B和C中至少2个的所述多级差分放大器电路，并产生代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出；
开关电路，具有耦合到至少第一电流源的输入和多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器电路之一，所述开关电路从用于有选择地把所述源耦合至所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的控制器接收控制信号，用于独立于其它多级差分放大器电路地操作所述多级差分放大器电路的每个差分放大器电路；
第一和第二电平转换器，耦合来从所述模式开关接收代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出，并产生代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的电平转换信号输出；
输出放大器，接收所述电平转换信号输出并产生输出信号，所述输出信号代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出。
25.如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述开关电路还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至第一和第二恒流源之一且具有多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放大器电路之一用于有选择地把所述第一和第二电流源耦合至所述多级差分放大器电路的每个差分放大器电路。
26.如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的差分输出信号的差分放大器。
27.如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述输出差分放大器具有正负差分输出，所述输出差分放大器具有2的增益且所述负差分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述多级差分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式的信号输出的单端输出信号。
28.如权利要求26所述的信号采集探针，其中，所述探针电缆具有用于把所述差分输出信号耦合至所述控制盒的第一和第二同轴信号线。
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