CN107132392B - 用于探头或附件的动态输出钳位 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于探头或附件的动态输出钳位。用于与电测试和测量仪器一起使用的探头或附件可以包括：用于从被测试器件（DUT）接收输入信号的输入端；钳位控制单元或示波器，其用以将钳位/限制电平施加到输入信号以产生输出信号；和/或控制单元输出端口，其用以将钳位/限制的输出信号提供给示波器。

Description

用于探头或附件的动态输出钳位
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月26日提交的并且题为“DYNAMIC OUTPUT CLAMPING FOR APROBE OR ACCESSORY”的美国临时专利申请No.62/300,660的权益，据此通过引用使其公开完整并入本文。
技术领域
本公开总体涉及测试和测量系统，并且更特别地涉及具有钳位/限制特征的测试和测量系统，该钳位/限制特征可以用来将测试和测量系统的输出电压摆动限制到示波器的输入中，并且从而在不过驱动（overdrive）和/或经受饱和的情况下允许用户增加示波器上的垂直灵敏度。
背景技术
理想地，测试和测量系统将具有带宽和大的输入动态范围，这将允许用户测量具有宽电压摆动的信号并且然后能够对该信号的更精细的细节放大，以查看该信号的在1 mV- 100mV范围内的小电压分量。这种情况的一个很好的使用实例是尝试测量开关器件（诸如二极管、FET、IGBT等）的动态导通电阻。在Vds（导通）状态已经出现并且正在进入Vds（切断）状态（即高电压）之后尝试查看电压Vds（导通）和与Vds（导通）状态相关联的开关/传导损耗对用户而言已经是持续的挑战和关键的测量，特别是当用户需要实现更高的效率和了解其系统（诸如SMPS、逆变器、电机驱动器等）中的损耗时。
因此，仍然需要引入突破测量解决方案来解决这些测量挑战。
附图说明
图1图示了现有测试和测量系统的示例。
图2图示了根据所公开的技术的某些实施方式的测试和测量系统的示例。
图3图示了用于诸如图2所图示的测试和测量系统的测试和测量系统的输入信号的示例。
图4图示了用于诸如图2所图示的测试和测量系统的测试和测量系统的输出信号的示例。
具体实施方式
在不一定按比例的附图中，所公开的系统和方法的相同或相应的元件由相同的参考标记表示。
图1图示了使用探头101或其他附件的测试和测量系统100的示例。最初，可以通过探头101从被测试器件（DUT）102测量信号。然后，来自探头101的测量结果可以例如通过通信链路110发送到控制器106或示波器108。控制器106可以连接到测试仪器（诸如示波器108）以便在示波器108的显示器（未示出）上显示测量结果。
应当注意，测试和测量系统100的某些替代性实施方式可以不包括控制器106。在这样的实施方式中，探头101可以与示波器108直接电耦合。
探头和附件输出（特别是电力探头）已经努力实现当探头/附件的输入超过了探头/附件的输入限制时的快速过驱动恢复，试图在几十纳秒（ns）内恢复。虽然给定的探头或附件通常可以在几十纳秒内恢复，但是示波器输入一般需要若干次来恢复，例如，在某些情况下需要几十微秒（usec）来恢复。因此，探头或附件趋于在已经超过该探头或附件的输入限制之后恢复，但示波器输入可能由于示波器输入的较慢过驱动恢复而滞后。在这些测量期间，关于探头或附件的输出，典型的电力探头或附件的输出可能在+/-1V至+/-10V之间摆动，当示波器的垂直输入灵敏度提高时，这可能超过示波器的前端的输入电平。
在某些实施方式中，探头或附件可以动态地限制/钳位探头或附件的输出电压摆动，以便防止示波器的前端饱和/削波（clipping），从而保持示波器的放大并看到大的信号的更精细细节的能力。这可以通过并入探头/附件的信号路径中的某处的各种钳位/限制方案来实现，该各种钳位/限制方案可以基于所需的期望输出钳位电平来调节。这些钳位/限制电路可以有利地将输出波形的峰值电压钳位/限制为特定/定义的电压包络，该电压包络通常不会超过示波器的线性输入范围，从而防止示波器输入被过驱动。可以使得这些钳位/限制上和下阈值电平彼此跟踪或彼此独立地控制。
所公开的技术的实施方式可以包括具有用户可选择的输出钳位/限制特征的探头或附件，该用户可选择的输出钳位/限制特征在被启用时可以用于将测量系统的输出电压摆动限制为示波器的输入，并且因此允许用户增加在示波器上的垂直灵敏度，而没有被过驱动/饱和。尽管这通常可以是用户可选择的功能，但是在替代性实施例中可以将该功能并入总体测量系统中，从而使得该功能将由示波器动态地控制，例如当用户改变示波器输入灵敏度、偏移等时由示波器动态地控制。这可以用于使该特征对用户透明并且还帮助用户避免由于不了解当用户正在改变测量系统设置时示波器的前端可能变得饱和/过驱动而必须处理失真和/或滚降（roll-off）波形的陷阱。探头或附件可以被配置为从不将示波器输入驱动到饱和或削波状态。
图2图示了根据所公开的技术的某些实施方式的测试和测量系统200的示例。
在该示例中，探头201或其他附件电耦接在被测试器件（DUT）202与示波器208或其他合适的测量仪器之间。探头201从DUT 202接收输入信号并向示波器208提供输出信号。探头201或附件包括钳位/限制控制块210，该钳位/限制控制块210被配置为控制正（+）钳位/限制电平212和 负（﹣）钳位/限制电平214。
图3图示了根据诸如图2所图示的测试和测量系统200的所公开技术的某些实施方式的用于测试和测量系统的输入信号300的示例。
图4图示了根据诸如图2所图示的测试和测量系统200的所公开技术的某些实施方式的用于测试和测量系统的输出信号400的示例。在该示例中，显示信号400的示波器的用户可以容易地确定正（+）钳位/限制电平402和负（﹣）钳位/限制电平404对输入信号的影响。
诸如由图2的系统200实施的动态输出钳位方案有利地使得探头201或附件的用户能够通过钳位馈送到示波器208的输入端（例如前端）的输出电压来测量小电平信号，并且当用户尝试放大（例如，增加垂直灵敏度）并且保持快速建立时间（例如，过驱动恢复（ODR））时，防止探头201或附件饱和/过驱动示波器208输入。
输出钳位/限制的此实现方式可以被实施到示波器208的前端中，以增加示波器的过驱动恢复（ODR）性能，这允许示波器208能够承受大的输入电压。通过探头201钳位/选通/限制输入电压可以有利地防止示波器208的前端被驱动到饱和以及因此需要大量的时间来从过饱和中恢复。
如这里使用的术语“控制器”和“处理器”旨在包括微处理器、微计算机、ASIC和专用硬件控制器。本发明的一个或多个方面可以体现在由一个或多个计算机（包括监视模块）或其他器件执行的计算机可用数据和计算机可执行指令中（诸如在一个或多个程序模块中）。通常，程序模块包括当由计算机或其他器件中的处理器执行时实行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令可以被存储在诸如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器，RAM等非暂时性计算机可读介质上。如本领域技术人员将理解的，程序模块的功能可以在各种实施例中根据需要被组合或分布。另外，功能可以整体或部分地体现在诸如集成电路、现场可编程门阵列（FPGA）等的固件或硬件等同物中。特定数据结构可以用来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被预期在本文所描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围内。
在本发明的优选实施例中已经描述和说明了所公开的技术的原理，应当显而易见的是，在不脱离这些原理的情况下，可以在布置和细节上修改所公开的技术。我们要求在下面的权利要求的精神和范围内的所有修改和变化。

Claims (20)

1.一种供电测试和测量仪器使用的探头，包括：
输入端，所述输入端被配置为从被测试器件（DUT）接收输入信号；
钳位控制单元，所述钳位控制单元被配置为向所述输入信号施加至少一个钳位/限制电平，以产生输出信号，其中由所述测试和测量仪器基于对测试和测量仪器的测量设置的一个或多个改变来动态确定所述至少一个钳位/限制电平；以及
输出端口，所述输出端口被配置为将钳位/限制的输出信号提供至所述测试和测量仪器，
其中所述测量设置包括灵敏度或偏移。
2.根据权利要求1所述的探头，其中，所述至少一个钳位/限制电平包括正钳位/限制电平。
3.根据权利要求2所述的探头，还包括以正钳位电平实施的二极管。
4.根据权利要求1所述的探头，其中，所述至少一个钳位/限制电平包括负钳位/限制电平。
5.根据权利要求4所述的探头，还包括以负钳位电平实施的二极管。
6.根据权利要求1所述的探头，其中，所述至少一个钳位电平包括正钳位/限制电平和负钳位/限制电平。
7.根据权利要求6所述的探头，还包括以正钳位电平实施的第一二极管和以负钳位电平实施的第二二极管。
8.一种电测试和测量系统，包括：
被测试器件（DUT）；
示波器；以及
探头，所述探头包括：
输入端，所述输入端被配置为从所述DUT接收输入信号；
钳位控制单元，所述钳位控制单元被配置为向所述输入信号施加至少一个钳位/限制电平，以产生输出信号，其中由所述示波器基于对所述示波器的测量设置的一个或多个改变来动态确定所述至少一个钳位/限制电平；以及
输出端口，所述输出端口被配置为将钳位/限制的输出信号提供至示波器，
其中所述测量设置包括灵敏度或偏移。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括被配置为实施正钳位电平的第一二极管和被配置为实施负钳位电平的第二二极管。
10.一种用于电测试和测量仪器的方法，所述方法包括：
从被测试器件（DUT）接收输入信号；
检测对测试和测量仪器的测量设置的改变；
由所述测试和测量仪器基于对所述测量设置的改变来动态确定至少一个钳位/限制电平；
向所述输入信号施加所确定的钳位/限制电平，以产生输出信号；以及
将钳位/限制的输出信号提供至所述测试和测量仪器，
其中所述测量设置包括灵敏度或偏移。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述动态确定包括：
基于对所述测量设置的改变来动态确定正钳位/限制电平；
基于对所述测量设置的改变来动态确定负钳位/限制电平；
并且其中所述施加包括：
向所述输入信号施加所述正钳位/限制电平；以及
向所述输入信号施加所述负钳位/限制电平。
12.一种用于示波器的方法，所述方法包括：
从被测试器件（DUT）接收输入信号；
检测对示波器的测量设置的改变；
由所述示波器基于对所述测量设置的改变来动态确定钳位/限制电平；以及
在示波器的输入端处施加至少一个钳位/限制电平，以防止过驱动/饱和状态在示波器的前端发生，
其中所述测量设置包括灵敏度或偏移。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中，所述动态确定包括：
基于对所述测量设置的改变来动态确定正钳位/限制电平；
基于对所述测量设置的改变来动态确定负钳位/限制电平；
并且其中所述施加包括：
向所述输入信号施加所述正钳位/限制电平；以及
向所述输入信号施加所述负钳位/限制电平。
14.一种供电测试和测量仪器使用的附件，包括：
输入端，所述输入端被配置为从被测试器件（DUT）接收输入信号；
钳位控制单元，所述钳位控制单元被配置为向所述输入信号施加至少一个钳位/限制电平，以产生输出信号，其中由所述测试和测量仪器基于对测试和测量仪器的测量设置的一个或多个改变来动态确定所述至少一个钳位/限制电平；以及
输出端口，所述输出端口被配置为将钳位/限制的输出信号提供至所述测试和测量仪器，
其中所述测量设置包括灵敏度或偏移。
15.根据权利要求14所述的附件，其中，所述至少一个钳位/限制电平包括正钳位/限制电平。
16.根据权利要求15所述的附件，还包括以正钳位电平实施的二极管。
17.根据权利要求14所述的附件，其中，所述至少一个钳位/限制电平包括负钳位/限制电平。
18.根据权利要求17所述的附件，还包括以负钳位电平实施的二极管。
19.根据权利要求14所述的附件，其中，所述至少一个钳位电平包括正钳位/限制电平和负钳位/限制电平。
20.根据权利要求19所述的附件，还包括以正钳位电平实施的第一二极管和以负钳位电平实施的第二二极管。
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