CN103884882B - 一种多功能的多通道信号获取探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能的多通道信号获取探头，该探头包括：接插头、具有多个同轴线缆的带状线缆和多个探测头，该带状线缆一端连接接插头，另一端连接多个探测头；所述探测头一侧设有至少两个装配柱，另一侧设有至少两个装配孔，相邻两个探测头上的所述装配柱与装配孔位置相对应，能够相互卡合。本发明通过探测头上的装配柱与装配孔，能实现多个探测头的级联，形成一个单排母结构，可以对单排针被测源进行测量；同时再配合扩展件与探测头的插接，形成一个双排母结构，可以对双排针被测源进行测量。

Description

一种多功能的多通道信号获取探头

技术领域

本发明涉及示一种探头，特别是涉及一种多功能的多通道信号获取探头。

背景技术

目前市面上的高性能多通道信号捕获探头，为了保证采集信号的质量，其每个通道均会采用相互独立的同轴线缆来传输电信号。若干条在电性能上独立的同轴线缆被用不同的加工工艺组成一条带状或柱状的更粗更宽的线缆。该线缆的一端被连接到一个连接器，用来与测量仪器上的连接器相互连接，作为被测信号到测量仪器的接口。另一端通过不同的结构被分散为各自独立的同轴线，每一根同轴线上具有独自的小信号探针或其它采集信号装置。作为被测信号的入口。其中，同轴线缆的中心导体被用来作为信号传输的通路。同轴线缆的外部防护导体被用来做屏蔽以保证信号的质量，此外部防护导体，通常被用来接地。

另一方面，带状线缆的另一端会被用焊接或压接等工艺固定在一块转接电路小板上。其中每根同轴信号线缆的中心信号导体和外部屏蔽层导体被焊接到转接电路板的多个连接处。然后转接板再分出若干条结构独立的细线探头。细探头被用于与被测点接触来采集信号。这种探头的每一路独立通道需要一组前端电路，用于更好的采集信号。这部分电路往往被焊接到此转接板上。但是，这部分电路需要距离被测源越近越好，以上的方案在前端电路与被测源之间还间隔了一小段线缆，这就会对测试的效果产生负面影响。

以图1为例：带状线缆的一端为连接器（也称为插接头）1，另一端是转接板2，转接板2分出若干条探测头3。前端电路一般被放置在转接板上2。

还有另一种做法，一些独立的同轴线缆直接从测试测量仪器连接到前端探测头。前端电路被放置在转接板上。这样做的好处是测试测量时此部分电路与被测源的距离最短，测量效果较好。但是这样做对测量方便性也有负面影响。如果被测源是一组排针，则测量时就不得不把探测头一根一根的与被测源连接。而往往排针形式的被测源是最为常见的。所以对于连接可靠性会有很大的影响，而且非常不方便用户操作。

以图2为例：多条独立的同轴线缆一端分别接入连接器4,中间通过特殊设计的接头件，例如套筒，或者通过线缆加工工艺，被束为一个整体。另一端再次分散为独立的探测头6,前端电路一般被放置在探测头上6。例如，中国专利CN200780018189公开了一种多通道信号获取探头，与该结构类似。

而且现今市面上的该类探头最大的问题是，对于测试比较复杂的被测源时，往往不是很方便使用。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种多功能的多通道信号获取探头。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多功能的多通道信号获取探头，该探头包括：接插头、具有多个同轴线缆的带状线缆和多个探测头，该带状线缆一端连接接插头，另一端连接多个探测头；所述探测头一侧设有至少两个装配柱，另一侧设有至少两个装配孔，相邻两个探测头上的所述装配柱与装配孔位置相对应，能够相互卡合。

进一步，所述同轴线缆具有中心信号导体、内部绝缘层、屏蔽网和外部绝缘层。

进一步，所述探测头包括上半部分和下半部分，所述上半部长于下半部分，且上半部分的前端设置有接入被测信号的插件端子，所述下半部分的前端设有接地端子。

进一步，所述探头还包括接地扩展附件，所述接地扩展附件包括上半部分和下半部分，该上半部分的前端设置有插孔，该上半部分的后端设有一插针，用于插入探测头下半部分的接地端子内，地扩展附件的插孔通过所述插针与所述接地端子电连接，接地扩展件的插孔和探测头的插件端子构成一双插孔以测量被测源。

进一步，所述接地扩展件的下半部分的一端设置有一小凸台，探测头下半部分底端设有小凹槽，小凸台和小凹槽相互配合以锁紧探测头和接地扩展件。

进一步，所述探头还包括内置第一PCB板的适配器接口盒和探头转接适配器，所述带状线缆的一端连接接插头，另一端连接具有双排插孔的适配器接口盒，所述双排插孔的第一排插孔通过第一PCB上的多条走线与多个同轴线缆的中心信号导体独立的电连接；另一排插孔通过第一PCB上的地线与每个同轴线缆的屏蔽网电连接；所述探头转接适配器与所述适配器接口转接盒之间通过插针插接方式连接，所述探头转接适配器与所述探测头之间通过信号线缆连接。

进一步，探头转接适配器一端具有双排插针，用于插接适配器接口盒的双排插孔；另一端具有双排插孔，插孔与对应的插针相连接；所述信号线缆的一端为具有两个插针的插头，用于与探头转接适配器的上下插孔相插接，另一端设有探测头。

进一步，所述探测头内部设置有衰减电路，所述插件端子依次通过衰减电路、信号线缆内的中心信号导体与插头的一个插针电连接，所述接地端子通过信号线缆的屏蔽网与插头的另一插针电连接。

进一步，所述信号线缆一端的插头上设有凸起，探头转接适配器的上盖内侧相应位置处设有凹槽，当插头插入探头转接适配器内时，凸起和凹槽相卡合。

本发明的优点在于：

本发明通过重新设计高性能多通道通用探头的拓扑结构及前端的探头附件结构，可最大程度的提供优越的信号采集性能及方便用户使用。

1.通过探测头上的装配柱与装配孔，能实现多个探测头的级联，形成一个单排母结构，可以对单排针被测源进行测量；同时再配合扩展件与探测头的插接，形成一个双排母结构，可以对双排针被测源进行测量；另外各个独立的探测头也能够对离散信号进行测量，可满足各种测试要求。

2.在探测头内部设置有衰减电路，被设计在最接近被测源的地方，可以降低外界信号对被测信号的电磁干扰，保证了信号的采集效果。

3、通过探头转接适配器与探测头的插接方式，探测头损坏或者衰减倍数不匹配时，可通过插拔更换探测头，方便使用，便于升级。

附图说明

图1：现有技术中一种探测头连接方式；

图2：现有技术中另一种探测头连接方式；

图3(a)：本发明一种多功能的多通道信号获取探头结构示意图；

图3(b)：测试附件结构示意图；

图4（a）：适配器接口盒、排母信号采集适配器和探测头转接适配器之间的连接示意图；

图4（b）：探头转接适配器和插头的插接示意图；

图5：排母信号采集适配器内部结构示意图；

图6：探测头结构示意图；

图7：信号衰减电路原理图；

图8：探测头与测试夹的连接示意图；

图9：探测头与测试探针的连接示意图；

图10：探测头与测试附件的连接示意图；

图11：探测头与接地扩展件结构示意图；

图12：探测头与接地扩展件连接结构示意图；

图13：探测头与接地扩展件连接形成2×n排母中的一列；

图14：探测头与接地扩展件连接形成2×n排母阵列；

图15：排母信号采集适配器与公头和母头延长线的连接示意图；

图16：排母信号采集适配器与母头延长线及测试夹之间的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种多功能的多通道信号获取探头包括：接插头、具有多个同轴线缆的带状线缆和多个探测头，该带状线缆一端连接接插头，另一端连接多个探测头；同轴线缆与探测头一一对应连接，所述探测头一侧设有至少两个装配柱，另一侧设有至少两个装配孔，相邻两个探测头上的所述装配柱与装配孔位置相对应，能够相互卡合。所述同轴线缆由内至外分别具有中心信号导体、内部绝缘层、屏蔽网和外部绝缘层。

利用多个独立的探测头能够对离散信号进行测量；另外通过探测头上的装配柱与装配孔，能实现多个探测头的级联，形成一个单排母结构，可以对单排针被测源进行测量，可满足各种测试要求。

需要说明的是，此本发明带状线缆2与探测头6的连接方式，可以是按照背景技术图1所示，利用转接板的连接方式；还可以按照背景技术图2所示，从带状缆线2的一端直接分散出探测头6的方式连接。

作为一个优选实施例，如图3（a）所示，所述探头还包括内置第一PCB板的适配器接口盒3和探头转接适配器5，所述带状线缆2的一端连接接插头1，另一端连接具有双排插孔的适配器接口盒3。适配器接口盒3的双排插孔的一排插孔通过第一PCB板上的多条走线与多个同轴线缆的中心信号导体独立的电连接，双排插孔的另一排插孔通过第一PCB板上的地线与多个同轴线缆的屏蔽网独立的电连接；所述探头转接适配器5与所述适配器接口转接盒3之间通过插针插接方式连接，所述探头转接适配器5与所述探测头6之间通过信号线缆连接。

结合图4（a），为适配器接口盒、排母信号采集适配器和探测头转接适配器之间的连接示意图。探头转接适配器5一端具有双排插针，用于插接适配器接口盒3的双排插孔；另一端具有双排插孔，插孔与对应的插针相连接；所述信号线缆的一端为具有两个插针的插头，用于与探头转接适配器5的上下插孔相插接，另一端设有探测头。结合图4（b），为探头转接适配器和插头的插接示意图。所述信号线缆一端的插头上设有凸起40，探头转接适配器5的上盖内侧相应位置处设有凹槽30，当插头插入探头转接适配器5内时，凸起和凹槽相卡合。由于凹槽和凸起相配合，一方面起到紧固连接的作用，另一方面，此配合还可使得插头和探头转接适配器5不会插反，进而避免被测信号反向接入转接适配器5。

如图3（a）所示，接插头1可以分出两条带状缆线2，每一条带状缆线2的一端均连接适配器接口盒3，排母信号采集适配器4可被插在一个适配器接口盒3上，探测头转接适配器5可被插在另一个适配器接口盒3上，多条探测头6可被插在探测头转接适配器5上。在进行测试时，可以将接插头1、带状线缆2、适配器接口盒3、探头转接适配器5以及探测头6连接进行测试，也可以将接插头1、带状线缆2和探测头6直接连接进行测试。通过探测头6上的装配柱与装配孔，能实现多个探测头的级联，形成一个单排母结构，可以对单排针被测源进行测量，也能够对单独信号进行测量，可满足各种测试要求。

如图3（b）所示，本发明还包含丰富的前端探测附件，包括：接地扩展附件7,公头延长线8，母头延长线9,测试探针10,测试夹11。各种附件还可以自由进行多种搭配使用，更加方便用户测量。

如图5所示为排母信号采集适配器内部结构示意图，排母信号采集适配器包括上盖12，下盖14及内部的转接电路板13，电路板13其一端设有与适配器接口盒的双排插孔插接的双排插针；其另一端具有双排插孔，每个插孔与对应的插针通过电路上的走线独立的电连接，转接电路板的走线之间设有信号衰减电路。

如图6所示为探测头结构示意图，所述探测头包括上半部分和下半部分，所述上半部长于下半部分，且上半部分的前端设置有接入被测信号的插件端子，所述下半部分的前端设有接地端子。其中探测头6手枪形状的头部内具有一块小电路板15，上面设有信号衰减电路，经过包胶工艺被加工为手枪头形状头部16。其中小电路板的长端17是采集信号的入口，即接入被测信号的插件端子，短端18是接地端子。所述插件端子依次通过衰减电路、信号线缆内的中心信号导体与插头的一个插针电连接，所述接地端子通过信号线缆的屏蔽网与插头的另一插针电连接。

图7为探测头内的信号衰减电路原理图。所述衰减电路包括：串联的阻尼电阻及分压电路，所述阻尼电阻一端电连接所述插件端子，所述分压电路一端电连接所述信号线缆的中心信号导体，所述分压电路包括相互并联的电阻和电容。衰减电路通过探头主体的同轴线缆，连接到测试设备上。其中，P1为一个焊盘，用于焊接插件端子，和被测信号连接，P2为一个焊盘，用于焊接同轴线缆的中心导体。插件端子和同轴线缆的屏蔽层通过PCB走线焊接在一起，用于连接被测电路的参考地。其中R3、C2为测试设备的输入电阻和电容。探测头中的R1为阻尼电阻，用于改善频率响应，R2、C1用于和R3、C2进行分压，形成衰减。如不考虑寄生电容，如需衰减A倍，则A=(R2+R3)/R3=（C1+C2）/C1。其中C1用于补偿测试设备输入电容C2，使高频和低频的幅频响应基本一致。

衰减电路，决定了多通道信号获取探头的衰减倍数，当改变R2和C1时，就改变了衰减倍数，可以制作出不同衰减倍数的小探头前端，供用户选用，进行升级。例如，在不考虑寄生电容的情况下，如需衰减A倍，则A=(R2+R3)/R3=（C1+C2）/C1，较佳的，当输入设备的输入电阻为10kΩ，输入电容为90pF，衰减电路中R2为90kΩ，C1为10pF，阻尼电阻取249Ω时，可以实现较好的频率响应，达到300MHz以上的带宽。其中C1用于补偿被测设备输入电容C2，使高频和低频的幅频响应基本一致。衰减倍数、信号线缆带宽、阻尼电阻R1以及电路板寄生参数决定了多通道获取探头的带宽，通过优化这些参数，可以实现不同带宽的探头前端，提供用户使用，就可以实现多种测量带宽，而不需要购买不同的完整探头，只需要更换探测头6即可，方便了用户，节约成本。

图8为探测头与测试夹的连接示意图，手枪头形状头部16可以插入测试夹11中,测试夹11前端的小夹子，可以夹持芯片引脚或者其余外露的导体进行测量。更加方面用户使用。

图9为探测头与测试探针的连接示意图；图10为探测头与测试附件的连接示意图；手枪头形状头部16还可以插入公头延长线8，母头延长线9,测试探针10等多种测试附件。该类测试附件中都会串联有高精密电阻，用来改善信号的频率响应，达到更好的测试效果。前端改为测试探针10的话则其测试效果将会更好。

为了高性能的测量双排针信号，本发明还提供了另一种实现方式。对探测头进行扩展连接测量，如图11、12所示，探测头的手枪头形状头部16插入接地扩展附件7中形成双孔探测头。所述接地扩展附件7包括上半部分和下半部分，该上半部分的前端设置有插孔，该上半部分的后端设有一插针，用于插入探测头下半部分的接地端子18内，地扩展附件的插孔通过所述插针与所述接地端子18电连接，接地扩展件的插孔和探测头的插件端子17构成一双插孔以测量被测源。优选的，如图11所示，所述接地扩展件的下半部分的一端设置有一小凸台201，探测头下半部分底端设有小凹槽202，小凸台201和小凹槽202相互配合以锁紧探测头和接地扩展件。

图12和13中，其中手枪头形状头部16左侧被设计为有3个装配孔21,右侧被设计为有3个凸起的装配柱22。装配孔21与装配柱22的尺寸，根据包胶材料的弹性系数，经过计算，保证当它们对准按压后可以紧密的连接。当若干手枪头形状头部16按此方式层叠安装可形成一个双排母结构，参照图14，用于双排针被测源的测量连接。

图15中，排母信号采集适配器与公头和母头延长线的连接示意图；排母信号采集适配器4中包含衰减电路。所以可以在此适配器上插入公头延长线8和母头延长线9,来进行测量。更方便用户使用。

图16中，排母信号采集适配器与母头延长线及测试夹之间的连接示意图；当需要测量芯片管脚或者其他比较难固定的被测源时，还可以在母头延长线9上安装测试架11，由测试夹11来进行固定夹持被测源。

使用探头进行测试时，带有弹簧按钮的接插头1用来与测量仪器连接固定，从其尾部分出两条独立的带状线缆2。该带状线缆2内部包含有10条电性能上独立的细同轴线缆。两条带状线缆2另一端分别是一个适配器接口盒3，可以配备不同的探头前端适配器，包括图示的排母信号采集适配器4，探测头转接适配器5。其中排母信号采集适配器4内部有独立的衰减电路，可被直接插在排针上同步测量其上的信号。方便用户操作。其中探测头转接适配器5内部不包含衰减电路,作为探测头6的汇集转接部件，可以插入10条探测头6。每一条探测头6的前端手枪头形状头部16内包含衰减电路，可直接用其测量被测源。

当被测源为双排针结构时，用户可以在适配器接口盒3上插入排母信号采集适配器4，然后把排母信号采集适配器4上双排针被测源进行测量。根据用户的不同测试要求本专利还提供另外的测量方法，用户可以在适配器接口盒3上插入探测头转接适配器5，探测头转接适配器5前端又可以插入若干探测头6。每个探测头6安装上接地扩展附件7后可进行双排针被测源其中两根针的测试。当把若干安装上接地扩展附件7探测头6，通过结构上的装配孔21与装配柱22进行连接后，将会组成一个排母，且该排母的测试顺序可以通过改变探测头6之间的装配次序进行调整，为用户的测试测量带来更佳的方便性和灵活性。

当需要测量离散的单独信号源时，本发明也提供了多种可选择的方案。探测头6插入探测头转接适配器5中，然后在探测头6上插入公头延长线8和母头延长线9，公头延长线8和母头延长线9被用来连接被测源。也可以把探测头6的手枪头形状头部16插入测试夹中11，测试夹11用来连接被测源。还可以把公头延长线8和母头延长线9插入排母信号采集适配器4上，然后公头延长线8和母头延长线9被用来连接被测源。当被测源不好连接固定时，母头延长线9的孔端还可以被插入测试夹11中，通过测试夹11来更可靠的夹持被测源。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，该探头包括：接插头、具有多个同轴线缆的带状线缆和多个探测头，该带状线缆一端连接接插头，另一端连接多个探测头；所述探测头一侧设有至少两个装配柱，另一侧设有至少两个装配孔，相邻两个探测头上的所述装配柱与装配孔位置相对应，能够相互卡合；

其中，所述探头还包括内置第一PCB板的适配器接口盒和探头转接适配器，所述带状线缆的一端连接接插头，另一端连接具有双排插孔的适配器接口盒，所述双排插孔的第一排插孔通过第一PCB上的多条走线与多个同轴线缆的中心信号导体独立的电连接；另一排插孔通过第一PCB上的地线与每个同轴线缆的屏蔽网电连接；所述探头转接适配器与所述适配器接口盒之间通过插针插接方式连接，所述探头转接适配器与所述探测头之间通过信号线缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述同轴线缆具有中心信号导体、内部绝缘层、屏蔽网和外部绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述探测头包括上半部分和下半部分，所述上半部分长于下半部分，且上半部分的前端设置有接入被测信号的插件端子，所述下半部分的前端设有接地端子。

4.根据权利要求3所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述探头还包括接地扩展附件，所述接地扩展附件包括上半部分和下半部分，该上半部分的前端设置有插孔，该上半部分的后端设有一插针，用于插入探测头下半部分的接地端子内，接地扩展附件的插孔通过所述插针与所述接地端子电连接，接地扩展附件的插孔和探测头的插件端子构成一双插孔以测量被测源。

5.根据权利要求4所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述接地扩展附件的下半部分的一端设置有一小凸台，探测头下半部分底端设有小凹槽，小凸台和小凹槽相互配合以锁紧探测头和接地扩展附件。

6.根据权利要求3-5中任意一项权利要求所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，探头转接适配器一端具有双排插针，用于插接适配器接口盒的双排插孔；另一端具有双排插孔，插孔与对应的插针相连接；所述信号线缆的一端为具有两个插针的插头，用于与探头转接适配器的上下插孔相插接，另一端设有探测头。

7.根据权利要求6所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述探测头内部设置有衰减电路，所述插件端子依次通过衰减电路、信号线缆内的中心信号导体与插头的一个插针电连接，所述接地端子通过信号线缆的屏蔽网与插头的另一插针电连接。

8.根据权利要求6所述的一种多功能的多通道信号获取探头，其特征在于，所述信号线缆一端的插头上设有凸起，探头转接适配器的上盖内侧相应位置处设有凹槽，当插头插入探头转接适配器内时，凸起和凹槽相卡合。