CN104865411B - 动态补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动态补偿电路。一种测试和测量系统包括被测设备、附件、控制器以及测试和测量仪器。附件连接到被测设备并且包括从被测设备接收输入信号的信号输入、被配置成在附件内部应用补偿信号的补偿单元、以及输出从被测设备读取的输出信号的信号输出。控制器连接到附件并且包括从附件接收输入信号和输出信号的一个或多个接收器以及被配置成比较输入信号和输出信号且响应于比较而向补偿单元提供补偿信号的微控制器或校正电路。

Description

动态补偿电路

技术领域

本公开涉及电子测试和测量仪器及其附件的领域。所公开的技术具体地解决了在探头附件被用于做出针对电子仪器的测量时对其进行动态补偿的问题。

背景技术

传统上，在测试和测量系统中补偿诸如探头之类的附件涉及从被测设备（DUT,device under test）移除附件并且将附件连接到校准或补偿激励。常规地，测试和测量系统包括主机、控制器和被测设备。附件附接到被测设备并测量来自被测设备的信号并将其发送回到主机。然而，为了补偿附件，必须从被测设备移除附件并且将其附接到典型地位于主机上的校准/补偿激励。将探头/附件连接到校准或补偿激励可能涉及在探头/附件与激励信号之间进行对接的特殊适配器和固定装置的使用。

使用光学传感器来精确地测量下至DC在过去尚未取得太多成功。光学传感器易受周围环境中的改变影响。温度、机械应力和被应用于光学传感器的信号可能使传感器的DC/LF偏移组件动态漂移，从而使其不可使用或者导致显著的测量误差。

所需要的是下述能力：在附件正在操作时对其实时进行动态校准或补偿，以消除将附件手动连接到校准或补偿信号的需要，还有消除将附件从DUT移除以校准或补偿探头的需要。该动态补偿对于用户来说应当是透明的。

发明内容

所公开的技术的某些实施例包括一种测试和测量系统，其包括被测设备、附件、控制器以及测试和测量仪器。附件连接到被测设备并包括从被测设备接收输入信号的信号输入、被配置成在附件内部动态应用补偿信号的补偿单元、以及输出从被测设备读取的输出信号的信号输出。控制器连接到附件并包括从附件接收输入信号和输出信号的一个或多个接收器以及被配置成比较输入信号和输出信号且在补偿单元进行测量时响应于比较而实时地动态提供来自补偿单元的补偿信号的微控制器。

其它实施例包括一种内部校准包括主机、控制器和被测设备的测量系统中的附件的方法。所述方法包括：在附件处从被测设备接收输入信号，基于输入信号来输出来自附件的输出信号，在控制器处比较输出信号和输入信号并且确定补偿值，以及向附件中或主机测试和测量仪器中的补偿单元提供补偿值以补偿来自被测设备的输出信号。

附图说明

图1和2图示了具有包含补偿单元的附件头的测量系统的实施例。

图3图示了具有包括光学传感器和补偿单元的附件头的测量系统。

具体实施方式

在附图中（其未必是按比例绘制的），所公开的系统和方法的相似或对应的元素由相同的附图标记标示。

有时，附接到DUT的附件不能被容易地移除以便校准或补偿附件。例如，附件可以被永久地安装在测试固定装置中、焊接到DUT、安装在难以访问的或远程的位置处、在环境室中、或者在诸如具有高电压的位置之类的危险位置中。因此，在诸如这些的情形中，能够校准或补偿附件而不将附件从DUT移除是重要的。

所公开的技术的一些实施例使得能够使用光学电压传感器（如以下更加详细地讨论的），以通过在光学传感器进行测量时动态补偿光学传感器随时间的DC/LF（低频）不稳定性来测量从直流电（DC）到千兆赫兹（GHz）的电信号。光学传感器的输出易受环境中的改变以及被应用于传感器的信号和偏置影响。添加校正电路（如以下更加详细地讨论的）使得能够开发完全电隔离的、DC耦合的、具有高共模抑制和电压范围的高带宽、高灵敏度差分附件头。

所公开的技术的实施例包括测试和测量系统，其包括主机100（诸如测试和测量仪器）、控制器102、附件头104和DUT 106。这样的系统的一个示例在图1中示出。附件头104包括补偿单元108，其在以下被更加详细地描述。

在测量操作期间，在附件头104的输入114和116处接收来自DUT 106的信号。所测量到的信号然后通过放大器118而被发送，且通过主信号路径120和路径124而被发送到主机100。补偿单元108还发送回将被用于系统的补偿的测量信号的被监视部分。

补偿连续完成。由于来自补偿单元108的补偿信号是已知的，因此来自补偿单元108的补偿信号可以在主机100或者控制器102处被应用于输出信号。

为了确定图1和2中所示的测试和测量系统中的补偿的量，来自DUT 106的输入信号不仅被发送到放大器118，而且被发送到补偿单元108。补偿单元108然后将来自DUT 106的输入信号转发到控制器102以用于分析。来自放大器118的输出信号也被发送到控制器102以用于分析。尽管未示出，输出信号和输入信号也可以在附件头104内部加以分析。控制器102比较输入信号和输出信号并从这些信号的比较确定DC/LF偏移误差。基于DC/LF偏移误差来确定所得补偿值以在由补偿单元供应时最小化DC/LF偏移误差。补偿值然后被从控制器102发送到附件头104中的补偿单元108。该循环优选地被持续重复以维持来自DUT 106的信号的测量中的最小偏移漂移误差。

图1示出从DUT 106接收两个输入的差分附件头。然而，补偿单元108还可以被用在具有单端输入的附件头104中，如图2中所示。图2的系统将与图1中所示的系统相同地工作，除了仅接收单个输入之外。

如图3中所示，如果附件头104是光学附件头，则附件头104可以包括光学传感器。如果情况是这样，则图3中所示的测量系统将仍旧包括主机100、控制器102、补偿单元108和DUT 106，如以上关于图1和2所讨论的那样。图3的测量系统包括光学传感器400，而不是使用放大器118。光学传感器400可以是例如马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）光学传感器。然而也可以使用其它光学传感器。附件头104的输入114和116连接到信号输入电极402和404。来自信号输入电极402和404的输出被从光学传感器400通过主信号路径120发送到控制器102。另一方面，补偿单元108连接到光学传感器400的与信号输入电极402和404分离且电隔离的控制电极406和408。

当使用光学传感器400时，控制器102包括激光控制器410、激光器412、光学收发器414、光电转换器416、模数转换器418和微控制器420。

类似于以上关于图1和2讨论的补偿量，确定要应用于控制电极406和408的补偿的量。来自DUT 106的输入信号114和116不仅被发送到输入信号路径电极402和404，而且被发送到补偿单元108。输入信号然后被发送到光学发射器414且最终到微处理器420以用于分析。尽管未示出，输入信号经由连接到补偿单元108的模数转换器而转换成数字信号。在从DUT 106读取信号之后来自光学传感器400的输出被发送到控制器102中的光电转换器416且然后通过模数转换器418而被进一步处理。来自模数转换器418的输出既可以被发送到主机100以在主机的显示器上显示或存储在存储器（未示出）中，又可以被发送到控制器102中的微控制器420以用于分析。

类似于以上所讨论的内容，微控制器420比较输入信号和输出信号以确定DC/LF偏移误差。然后，可以基于比较确定将在被应用于光学传感器400中的控制电极406和408时最小化DC/LF偏移误差的补偿值。由微控制器420确定的补偿值通过光学收发器414而被发送回到补偿单元108。补偿单元108然后将补偿值应用于控制电极406和408。输入信号和输出信号被不断地监视且发送到控制器102中的微控制器420。这允许补偿值被持续确定以维持最小偏移漂移误差。也可以使用校正电路而不是微控制器420。

所公开的技术不仅能够校准例如直流电压，而且可以用于补偿交流电压的增益或频率。

所公开的技术也不限于用在电压探头上。附件设备可以是任何类型的换能器设备或要求用于操作的电压、电流、功率等的一般附件设备，诸如测量探头、测量探头适配器、有源滤波器设备、探头校准固定装置、探头隔离附件等等。

主机100可以是测试和测量仪器，诸如示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪或具有用于接受附件设备的附件设备接口的类似的这样的设备。

附件头104的到控制器102的连接可以是有线、光纤或无线连接，如本领域普通技术人员所知。如果DUT 106和附件头104位于远程位置处，则具有无线连接可能是必要的。信号路径120、122和124中的任一个可以是有线或无线连接，如本领域普通技术人员所知。

在一些实施例（未示出）中，不要求控制器。而是，关于图1-3所示的控制器102的所有组件位于主机100内。

如本文所使用的术语“控制器”和“处理器”意图包括微处理器、微型计算机、ASIC和专用硬件控制器及关联的存储器。本发明的一个或多个方面可以以计算机可使用数据和计算机可执行指令体现，诸如在一个或多个程序模块中，由一个或多个计算机（包括监视模块）或其它设备执行。一般而言，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其在被计算机或其它设备中的处理器执行时执行特定任务或者实现特定抽象数据类型。计算机可执行指令可以存储在非暂时性计算机可读介质上，诸如硬盘、光盘、可移除存储介质、固态存储器、RAM等。如本领域技术人员将领会的，程序模块的功能性可以按照期望在各种实施例中加以组合或者分布。此外，功能性可以整体或部分地体现在固件或硬件等同物中，诸如集成电路、现场可编程门阵列（FPGA）等等。特定数据结构可以用于更有效地实现本发明的一个或多个方面，并且这样的数据结构预期在本文所描述的计算机可执行指令和计算机可使用数据的范围内。

已经在其优选实施例中描述和说明了所公开的技术的原理，应当显而易见的是，在不脱离这样的原理的情况下，所公开的技术可以在布置和细节方面加以修改。我们要求保护落入随附权利要求的精神和范围内的所有修改和变型。

Claims (10)

1.一种测试和测量系统，包括：

连接到被测设备的附件，包括：

信号输入，被配置成从被测设备接收输入信号，

放大器，被配置成放大所述输入信号以创建经放大的输入信号，

补偿单元，被配置成接收所述输入信号并在附件内部基于补偿值连续地将补偿信号应用于经放大的输入信号以创建经补偿的输入信号，且输出所述输入信号，

第一信号路径，被配置成输出被测设备的经补偿的输入信号，以及

第二信号路径，被配置成转发所述输入信号并接收补偿值；

连接到附件的控制器，包括：

第一连接，从附件接收所述输入信号，并将补偿值输出到补偿单元，以及

第二连接，从附件接收经补偿的输入信号，

其中控制器被配置成比较经补偿的输入信号和所述输入信号且响应于比较而确定补偿值；以及

连接到控制器的测试和测量仪器。

2.权利要求1的系统，其中附件是换能器。

3.权利要求2的系统，其中换能器是电压探头或电流探头。

4.权利要求1的系统，其中控制器还被配置成将经补偿的输入信号输出到测试和测量仪器以在测试和测量仪器的显示器上显示。

5.权利要求1的系统，其中补偿单元还被配置成在附件附接到被测设备时应用补偿信号。

6.权利要求1的系统，其中控制器包括微控制器以确定补偿值。

7.权利要求1的系统，其中控制器包括校正单元以确定补偿值。

8.一种内部补偿包括主机、控制器和被测设备的测量系统中的附件的方法，所述方法包括：

在附件处从被测设备接收输入信号；

放大所述输入信号以创建经放大的输入信号；

由补偿单元连续地将补偿信号应用于经放大的输入信号以创建经补偿的输入信号；

将经补偿的输入信号输出到控制器；

将所述输入信号转发到控制器；

在控制器处比较经补偿的输入信号和所述输入信号以确定补偿值；以及

从控制器向附件中的补偿单元输出补偿值以连续地将补偿信号应用于来自被测设备的经放大的输入信号。

9.权利要求8的方法，其中补偿信号在附件附接到被测设备时被发送。

10.权利要求8的方法，还包括向测试和测量仪器提供经补偿的输入信号作为输出信号。