CN107132394A - 用于光学电压传感器的主动噪声抑制 - Google Patents
用于光学电压传感器的主动噪声抑制 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于光学电压传感器的主动噪声抑制。测试和测量仪器的传感器头可以包括:被配置为从被测试器件(DUT)接收输入信号的输入端;具有信号输入电极和控制电极或一组电极的光学电压传感器,其中输入端被连接到信号输入电极;以及连接到控制电极并被配置为减小误差信号的偏置控制单元,或者输入信号和偏置控制信号被电气组合并施加到单组电极。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月26日提交的且题为“ACTIVE NOISE SUPPRESSION FOROPTICAL VOLTAGE SENSOR”的美国临时专利申请No.152062/300,659的权益,其公开据此通过引用完全并入本文。
技术领域
本公开总体涉及测试和测量仪器,并且更具体地涉及在存在大的共模电压的情况下测量小差分、高带宽信号。
背景技术
光学电压传感器具有优异的交流(AC)电气性能,并且固有地电气隔离。大多数的光学电压传感器已经被通信行业用来将数字信号耦合到大量光纤网络中。这些信号通常是AC耦合的。因为光学传感器易受周围环境的变化的影响,因此(特别是在低电平信号下)使用光学电压传感器精确地测量直到直流(DC)/低频尚未取得很大成功。温度、机械应力和施加到光学传感器的信号都可能导致光学输出信号显著移位。另外,当经受相同的机械和温度应力时,该光学传感器的上游光纤和激光源可能具有显著的极化串扰、噪声等。
因此,仍然需要解决传感器、上游光纤和激光源的这种DC/低频不稳定性/限制。
附图说明
图1是图示了包括传感器头的测试测量系统的第一示例的方框图。
图2是图示了包括传感器头的测试测量系统的第二示例的方框图。
图3是图示了根据所公开的技术的某些实施方式的测试测量系统的示例的方框图,该测试测量系统包括光学电压传感器和集成噪声抑制架构。
图4是图示了根据所公开的技术的替代性实施方式的测试测量系统的示例的方框图,该测试测量系统包括光学电压传感器和集成噪声抑制架构。
具体实施方式
由于新一波较快功率器件的边缘速度正在进入市场,在存在大的共模电压的情况下精确测量小差分、高带宽信号的能力已经成为对用户的关键测量挑战。宽带隙器件(诸如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)器件)准备取代具有第一代性能的传统硅(Si)基器件,该宽带隙器件实现Si的8至10倍的更快的边缘速度。考虑到性能增益方面的这个阶跃函数,当前的测试测量系统完全不能进行这些测量。所公开的技术的实施方式有利地使用户能够开发解决这些测量挑战的突破测量解决方案。
本文公开的主动(active)噪声抑制方案的某些实施方式有利地使得能够使用光学电压传感器通过完全补偿光学电压传感器、上游光纤和激光源的DC/低频不稳定性来测量从DC到GHz的电气信号。光学传感器的DC/低频输出易受环境中的变化(诸如例如机械和热变化)以及所施加的信号/偏置的影响。增加这种噪声抑制电路使得能够开发具有世界级共模抑制和电压范围的完全电气隔离、DC耦合、高带宽、高灵敏度(低噪声和稳定)的差分探头。
图1是图示了测试测量系统100的第一示例的方框图,该测试测量系统100包括诸如电气测试和测量仪器的主机110、控制器120、传感器头130和被测试器件(DUT)150。在示例100中,传感器头130包括校准/补偿单元140以及开关132和134。
在测量操作模式期间,来自DUT 150的信号可以在传感器头130的输入端131和133处被接收。开关132和134可以被接合以读取来自DUT 150的输入并通过放大器142发送信号。测量的信号可以通过主信号路径121和路径111经由控制器120被发送到主机110。
主机110可以是测试和测量仪器,诸如示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪或类似的这样的设备。连接到传感器头130的控制器120的可以是如本领域普通技术人员已知的有线、光纤或无线连接。应当注意,如果DUT 150和传感器头130位于远程位置,则可能必须具有无线连接。信号路径中的任一个(例如111和121)都可以是如本领域普通技术人员已知的有线、光纤或无线连接。
图2是图示了测试测量系统200的第二示例的方框图,该测试测量系统200包括诸如电气测试和测量仪器的主机210、控制器220、传感器头230和被测试器件(DUT)250。在示例200中,传感器头230包括校准/补偿单元240和单个开关232,该单个开关232与放大器242耦接并且被配置为在校准/补偿单元240与从DUT 250接收的信号之间切换。
图3是图示了根据所公开的技术的某些实施方式的测试测量系统300的示例的方框图,该测试测量系统300包括光学电压传感器350和集成噪声抑制架构。系统300分别类似于图1和图2所图示的系统100和200,因为系统300包括主机310、控制器320、传感器头330和DUT 350。然而,不同于与放大器耦接的一个或多个开关,系统300包括光学电压传感器340。光学电压传感器340可以是例如马赫-曾德尔光学传感器,但是在替代实施方式中可以使用其他合适的光学传感器。
控制器320还包括光发射器324(诸如例如激光源),其经由上游光纤323连接到光学电压传感器340。控制器320还包括光接收器块322和光-电转换器块326,光-电转换器块326可以被配置为例如经由连接311向主机310提供输出信号。另外,一个或多个指令可以经由连接311从主机310被发送到控制器320。
传感器头330的输入端331和333可以连接到光学电压传感器340的信号输入电极342和344。来自信号输入电极342和344的输出可以通过主信号路径321(例如,在本文中也称为下游光纤的输出(调制)信号光纤)从光学电压传感器340发送到控制器320。在该示例中,传感器头330包括偏置控制单元332,该偏置控制单元332连接到光学电压传感器340的一组控制电极346和348。这些控制电极346和348被分离并且还与光学电压传感器340的信号输入电极342和344电气隔离。
光学电压传感器340的输出可以通过主信号路径321被发送到控制器320的输出块322。在测量操作期间,来自DUT 350的信号可以通过光学电压传感器340从信号输入电极342和344读取。
图示的测量系统300通过监视和补偿上游光纤323、光学电压传感器340和激光源324的组合的DC/低频率缺陷来利用光学电压传感器340的优异的AC性能,从而提供稳定的DC-GHz测量解决方案。将DC/低频主动噪声抑制集成到设计中克服了上游光纤323、光学电压传感器340和激光源324的这种DC/低频不稳定性/限制。
该DC/低频噪声抑制反馈/校正电路通常包括以下三个功能部分:监视块(例如利用光电二极管338),校正单元334和所得到的偏置控制单元332。
测量系统300的监视部分可以通过使用集成在光学电压传感器340中的光电二极管Vpd 338来精确地测量光学电压传感器340的光输出功率339。监视部分还可以将来自DUT350的电气输入信号331和333采样到光学电压传感器340,并且在某些实施例中,使用该信号作为参考信号Vin。
可以比较这两个电压Vin和Vpd,从而在校正块334中得到DC/低频误差信号。这通常可以例如利用模数转换器(ADC)数字地执行或者使用硬件控制回路来执行。
来自校正块334的结果误差信号可以反馈到偏置电压控制块332,例如以使误差信号为零(null out)。偏置控制块332的输出可以被施加到光学电压传感器340的偏置电极。
在某些实施例中,监视、校正和偏置控制功能块可以连续地监视Vin和Vpd电压,并且在某些情况下调整偏置电压,例如以消除或至少最小化误差信号。
这种噪声抑制方案克服了已使光学电压传感器技术在探头测试和测量仪器应用中不具吸引力的一些主要障碍。
所公开的技术也不限于在电压探头上使用。附件器件可以是需要电压、电流、功率等以用于操作的任何类型的换能器器件或一般附件器件,诸如测量探头、测量探头适配器、有源滤波器器件、探头校准固定件、探头隔离附件、监视设备等。
图4是图示了根据所公开的技术的替代性实施方式的测试测量系统的示例的方框图,该测试测量系统包括光学电压传感器和集成噪声抑制架构。在示例400中,不需要控制器。也就是说,主机310直接连接到传感器头330。在这样的实施例中,主信号路径321直接连接到主机310。此外,来自传感器头330的输出可以直接发送到主机310,即,而不是通过控制器发送到主机310。
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电子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等的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根据需要在各种实施例中进行组合或分布。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 (19)
1.一种测试和测量仪器的传感器头,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;
光学电压传感器,所述光学电压传感器具有信号输入电极和控制电极,其中,所述输入端连接到所述信号输入电极;以及
偏置控制单元,所述偏置控制单元连接到所述控制电极并且被配置为减小误差信号。
2.根据权利要求1所述的传感器头,其中,所述偏置控制单元被配置为消除误差控制信号。
3.根据权利要求1所述的传感器头,还包括光电二极管,所述光电二极管被配置为测量所述光学电压传感器的光输出功率Vpd。
4.根据权利要求3所述的传感器头,还包括校正块,所述校正块被配置为将测量的光输出功率Vpd与参考信号Vin进行比较。
5.根据权利要求4所述的传感器头,其中,所述参考信号Vin是输入信号。
6.根据权利要求4所述的传感器头,其中,所述校正块还被配置为基于所述比较来识别误差信号。
7.根据权利要求4所述的传感器头,还包括耦接在所述校正块与所述输入端之间的缓冲器。
8.根据权利要求1所述的传感器头,其中,所述光学电压传感器被配置为经由下游光纤与外部控制器的输出块耦接。
9.根据权利要求1所述的传感器头,其中,所述光学电压传感器被配置为经由上游光纤与外部控制器的激光源耦接。
10.根据权利要求1所述的传感器头,其中,所述光学电压传感器是马赫-曾德尔光学传感器。
11.一种测量系统,包括:
主机;
控制器,所述控制器与所述主机电气耦接;
被测试器件(DUT);
传感器头,所述传感器头电气耦接在所述控制器与所述DUT之间,所述传感器头包括:
输入端,所述输入端被配置为从DUT接收输入信号;
光学电压传感器,所述光学电压传感器具有信号输入电极和控制电极,其中,所述输入端连接到所述信号输入电极;以及
偏置控制单元,所述偏置控制单元连接到所述控制电极并且被配置为减小误差信号。
12.根据权利要求11所述的测量系统,还包括光电二极管,所述光电二极管被配置为测量所述光学电压传感器的光输出功率Vpd。
13.根据权利要求12所述的测量系统,还包括校正块,所述校正块被配置为将测量的光输出功率Vpd与参考信号Vin进行比较。
14.根据权利要求13所述的测量系统,还包括校正块,所述校正块被配置为基于所述比较来识别误差信号。
15.根据权利要求11所述的测量系统,其中,所述光学电压传感器被配置为经由下游光纤与控制器的输出块耦接。
16.根据权利要求11所述的测量系统,其中,所述光学电压传感器被配置为经由上游光纤与控制器的激光源耦接。
17.根据权利要求11所述的测量系统,其中,所述光学电压传感器是马赫-曾德尔光学传感器。
18.一种用于测试测量系统的方法,所述测试测量系统包括主机、控制器、传感器头和被测试器件,所述方法包括:
接收来自被测试器件(DUT)的输入信号;
测量所述传感器头的光电二极管的光输出功率;
将测量的光输出功率与参考信号进行比较;
基于所述比较来识别误差信号;以及
减小所述误差信号。
19.一种测试和测量仪器的传感器头,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;以及
具有一组电极的光学电压传感器,其中,所述输入信号被配置为与误差校正信号组合并且被施加到所述一组电极。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20170905 |