CN104422798B - 具有数字万用表或数字伏特计的隔离探头 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有数字万用表或数字伏特计的隔离探头。公开技术涉及一种供测试和测量仪表使用的探头。该探头包括具有被配置成测量来自被测试设备的信号并根据该信号确定数字测量结果的模数转换器的数字万用表或伏特计、连接到万用表或伏特计的被配置成从该万用表或伏特计接收数字测量结果的控制器、连接到控制器的被配置成与控制器通信的数字通信接口、以及连接到数字通信接口和模拟信号接口以与测试和测量仪表通信的通信链路。

Description

具有数字万用表或数字伏特计的隔离探头

技术领域

本公开的技术涉及用于仪表、优选地诸如示波器之类的测试和测量仪表的探头或附件头端，其包括提供与接地电隔离的读数的数字万用表或数字伏特计。

背景技术

数字万用表（DMM）和数字伏特计（DMV）一般地与测试和测量仪表、探头以及附件相结合地使用。例如，测试和测量仪表可以是示波器。示波器提供电路表现如何的时间方面的视觉图片。传统上，用示波器，电压测量的准确度和分辨率是有限的且通常是地参考测量结果。另一方面，DMM和DVM能够提供极度准确、高分辨率的测量结果，其被与接地电隔离，也称为“浮置”。

过去已经进行了将DMM和DMV测量结合到示波器中以获得准确的电压测量结果的尝试。然而，这些尝试已由于要求将附加的一组探头连接到被测试设备或将DVM特征集成到是地参考且在灵敏度和准确度方面由于被连接到示波器的传统示波器探头而受限的示波器本身中而受限。

将类似于DMM和类似于DMV的测量能力与被与接地电隔离的传统示波器电压探头相组合将克服过去的限制并提供容易使用的解决方案。这对于进行非地参考或“浮置”的电压测量的用户而言将是特别有用的。

发明内容

公开技术的某些实施例包括一种供测试和测量仪表使用的探头。该探头包括具有模数转换器的数字万用表或伏特计（被配置成测量来自被测试设备的信号并根据该信号确定数字测量结果）、连接到万用表或伏特计的被配置成从该万用表或伏特计接收数字测量结果的控制器、连接到控制器的被配置成与控制器通信的数字通信接口、以及连接到数字通信接口和模拟信号接口以与测试和测量仪表通信的通信链路。

公开技术的某些其它实施例包括测试和测量系统。该系统包括探头，该探头具有带有模数转换器的数字万用表或伏特计（被配置成测量来自被测试设备的信号并根据该信号确定数字测量结果）、连接到万用表或伏特计的被配置成从万用表或伏特计接收数字测量结果的控制器、连接到控制器的被配置成与控制器通信的数字通信接口、以及连接到数字通信接口和模拟信号接口的通信链路。该系统还包括连接到通信链路的第二控制器和通过第二控制器和通信链路连接到探头的示波器。

某些其它实施例包括使用具有示波器的探头的方法。该方法包括在探头处测量来自被测试设备的信号、用具有位于探头内的模数转换器的数字万用表或伏特计来根据该信号确定数字测量结果、由探头内的第一控制器来接收数字测量结果、将来自第一控制器的数字测量结果传达至探头内的数字通信接口、以及通过通信链路将来自数字通信接口的数字测量结果传达至第二控制器。

根据参考附图进行的本发明实施例的以下详细描述，本发明的前述及其它目的、特征和优点将变得更容易显而易见。

附图说明

图1图示出测试和测量系统的高级视图。

图2图示出根据公开技术的某些实施例的探头。

图3图示出根据公开技术的其它实施例的探头。

具体实施方式

在不一定按比例的图中，由相同的参考数字来表示公开系统和方法的相似或对应的元件。

图1示出了使用在探头100内具有DMM或DMV 104的探头100的测试和测量系统的高级视图。最初，由探头100从被测试设备（DUT）102接收信号并由DMM或DMV 104来测量该信号。然后通过通信链路110将来自DMM或DMV 104的测量结果发送到控制器106，其将在下面进一步详细地讨论。最后，将控制器106连接到示波器108以在示波器108的显示器（未示出）上显示测量结果。使用单一探头，可以在示波器上显示高准确度数字测量结果或传统模拟测量结果。替换地，可以使用高准确度测量结果来主动地补偿所显示的模拟测量结果。探头100可以是下面进一步详细地讨论的探头200或探头300。

图2示出了根据本发明的某些实施例的探头200的部件，其最终被连接到测试和测量仪表，诸如示波器108。如图2中所示，探头200包括两个路径。通过DMM或DMV 104的第一路径是高准确度、低速数字路径。通过高带宽电路202的第二路径是高带宽路径，其提供传统示波器测量结果。

当在探头200处接收信号204时，该信号被高准确度数字路径的DMM或DMV 104和高带宽路径的高带宽电路202两者感测。下面将进一步详细地讨论每个路径。

从高准确度路径开始，信号204被DMM或DMV 104接收和处理。DMM或DMV 104由适当的信号调节电路（未示出）组成，后面是模数（ADC）转换器206。信号204在经由ADC 206被转换成数字信号之前通过信号调节电路。数字化测量结果然后被发送到控制器208。

控制器208与ADC 206以及与数字通信接口210通信。数字通信接口210通过通信链路110来提供控制器208与控制器106之间的接口。ADC 206将数字化测量结果发送到控制器208。控制器208将数字化测量结果发送到数字通信接口210。

现在转到高带宽路径，DUT 102的信号204转到高带宽电路202。高带宽电路202的输出被发送到模拟信号接口212，其通过通信链路110连接到控制器106。

控制器106被连接到示波器，并且来自高准确度数字路径的数字测量结果或来自高带宽路径的模拟信号被输出到示波器的显示器。如本领域技术人员将容易地理解的，示波器108包含输入按钮（未示出）以允许用户指示用于所显示的数字或模拟测量结果的期望参数。

控制器106将具有数字测量结果的输出214发送到示波器108和/或将具有模拟测量结果的输出216发送到示波器108。控制器106还可以根据由用户在示波器处输入的范围和参数对输出信号进行缩放和调节。

探头100—300允许用户使用具有DUT 102的单一探头来通过高准确度数字路径来接收数字化高准确度测量结果或通过高带宽路径来接收模拟测量结果。由于DMM或DMV 104被放置在探头中，并且被直接地经由控制器208和间接地经由控制器106来控制，所以探头的DMM或DMV 104功能被与示波器和接地电隔离。

通信链路110可以是导体或者优选地光纤。通信链路110还可以是无线或射频（RF）通信链路。光纤通信链路提供与其被连接到的测试和测量设备和最终与接地的完全电隔离。此外，增加光纤通信链路110的长度将允许探头200连接到相对于接地而言较高的共模电压。

在其它实施例中，探头300可仅包括高准确度、数字路径，其与控制器106和接地电隔离，如图3中所示。例如，在图3中，当从DUT 102测量信号302时，信号302被DMM或DMV 104感测。DMM或DMV 104具有与上文关于图2所讨论的那些相同的功能。例如，当信号302被DMM或DMV 104感测时，信号302被DMM或DMV 104和ADC 206处理以生成数字化测量结果。该数字化测量结果被发送到控制器208，其与数字通信接口210通信。

如在图2中所示的实施例中，数字通信接口210具有与控制器208的双向通信，并且提供与上文关于图2中所示的实施例所讨论的那些完全相同的功能。数字通信接口210还被连接到通信链路110和控制器106。来自控制器106的输出被发送到测试和测量仪表，诸如示波器，如上文关于图2所讨论的。

如本领域的技术人员将容易地理解的，探头100—300可以是任何类型的探头、传感器或换能器。虽然上文所讨论的探头被示为独立设备，但探头100—300可以被构建到其它设备中。

公开技术的探头考虑到探头与被连接到探头的诸如示波器之类的测试设备之间的完全电隔离。当将光纤通信链路用于隔离阻障时，跨此阻障的桥接耦合是非常小的，其使得从直流（DC）到甚高带宽的高共模抑制能够被实现。这允许用户进行非地参考测量并消除产生循环电流、形成“接地环路”的可能性，其降低了测量结果的准确度和信号保真度。公开技术的探头能够测量在大的共模电压之上的信号。

已在公开技术的优选实施例中描述并举例说明了其原理，但应显而易见的是可以在不脱离此类原理的情况下在布置和细节方面修改公开的技术。我们要求保护进入以下权利要求的精神和范围内的所有修改和变更。

Claims (8)

1.一种供测试和测量仪表使用的探头，包括：

数字万用表或伏特计，具有模数转换器，被配置成从被测试设备接收信号并根据该信号确定数字测量结果；

第一控制器，连接到所述万用表或伏特计，被配置成从该万用表或伏特计接收数字测量结果；

数字通信接口，连接到第一控制器，被配置成与第一控制器通信；

通信链路，连接到数字通信接口以与测试和测量仪表通信；

高带宽电路，连接到被测试设备，被配置成从被测试设备接收信号并处理来自该被测试设备的信号；

模拟信号接口，连接到高带宽电路和通信链路；以及

第二控制器，连接到通信链路，用于将探头连接到测试和测量仪表；

其中第二控制器与数字通信接口通信以接收数字测量结果，并且与模拟信号接口通信以从高带宽电路接收模拟信号。

2.权利要求1的探头，其中，所述通信链路是光纤、导体、无线通信链路或射频通信链路。

3.权利要求1的探头，其中，所述第一控制器和所述通信链路具有双向通信。

4.权利要求1的探头，其中，所述探头是传感器或换能器。

5.一种测试和测量系统，包括：

探头，包括：

数字万用表或伏特计，具有模数转换器，被配置成从被测试设备接收信号并根据该信号确定数字测量结果，

第一控制器，连接到所述万用表或伏特计，被配置成从该万用表或伏特计接收数字测量结果；

数字通信接口，连接到第一控制器，被配置成与所述第一控制器通信；

高带宽电路，连接到被测试设备，被配置成从被测试设备接收信号并处理来自该被测试设备的信号；

模拟信号接口，连接到高带宽电路和通信链路；

通信链路，连接到数字通信接口和模拟信号接口；

第二控制器，连接到通信链路；以及

示波器，通过所述第二控制器和所述通信链路连接到探头；

其中第二控制器与数字通信接口通信以接收数字测量结果，并且与模拟信号接口通信以从高带宽电路接收模拟信号。

6.权利要求5的测试和测量系统，其中，所述通信链路是光纤、导体、无线通信链路或射频通信链路。

7.一种使用具有测试和测量仪表的探头的方法，包括：

在探头处测量来自被测试设备的信号；

用具有位于探头内的模数转换器的数字万用表或伏特计来根据信号确定数字测量结果；

由探头内的第一控制器来接收数字测量结果；

将来自第一控制器的数字测量结果传达至探头内的数字通信接口；

通过通信链路将来自数字通信接口的数字测量结果传达至第二控制器；

测量来自被测试设备的信号并由探头内的高带宽电路来处理来自被测试设备的信号；

在探头内的模拟信号接口处接收已处理的输出；

通过通信链路和所述第二控制器将数字测量结果或已处理的输出发送到所述测试和测量仪表；并且

在测试和测量仪表的显示器上显示数字测量结果或已处理的输出；

其中第二控制器与数字通信接口通信以接收数字测量结果，并且与模拟信号接口通信以从高带宽电路接收模拟信号。

8.权利要求7的方法，其中，所述通信链路是光纤、导体、无线通信链路或射频通信链路。