CN107677867B - 电测量中的机械振动引起的噪声的抑制 - Google Patents

电测量中的机械振动引起的噪声的抑制 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子测试测量系统，其可包括被测试装置（DUT）和电子测试仪器，该电子测试仪器包括信号输入端、冷却机构以及处理器，该信号输入端构造成从DUT接收电信号；处理器可构造成：确定冷却机构应该运行的频率；使冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择滤波器；并且将该滤波器应用到电信号，以减少由冷却机构的机械振动引起的与电信号的干扰。

Description

电测量中的机械振动引起的噪声的抑制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月5日提交的题为“电测量中的机械振动引起的噪声的抑制”的美国临时申请序列号62/318,680的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开技术的实施例大体涉及电测试仪器，并且特别地涉及数字万用表（DDM），电源和源测量单元（SMU）。
背景技术
诸如示波器，数字万用表（DMM）和源测量单元（SMU）的电子测试设备例如通常包括冷却机构，以对由电源、测量电路、处理器和测试设备的其他内部部件产生的热进行散热。通常，期望操作冷却机构以便在电子测试设备中保持恒定的内部温度，以便将对由设备进行的测量的热效应最小化。这种冷却机构通常包括安装在机架上的冷却风扇。然而，这种冷却风扇在测试设备中产生机械振动，这被认为会不利地影响测试设备所采取的许多种电子测量，特别是敏感测量。以往抑制这些机械振动的尝试本质上是被动的，例如，诸如附接在电子测试设备机架和冷却风扇之间的橡胶安装柱或垫圈。但是，在最小化由机械振动引起的不利影响的方面，这种尝试一直没有成功。
因此，仍然需要解决由电子测试设备中的这种机械振动产生的问题。
附图说明
图1是图示根据本公开技术的特定实施方式的电子测试测量系统的示例的块图；
图2是图示根据本公开技术的特定实施方式的用于电子测试测量系统的处理器控制的方法的示例的流程图。
具体实施方式
本公开技术的实施方式通常包括用于主动地控制机械振动的系统和方法，所述机械振动由诸如数字万用表（DMM）、源测量单元（SMU）和各种类型的示波器的不同种类的电子测试设备内的特定部件（诸如安装在机架上的冷却风扇）引起。这样的实施方式可包括将电子测试设备内的冷却风扇的速度控制为特定的已知频率，其然后能够例如通过使用几乎任何合适的数字信号处理（DSP）技术在由电子测试设备测量的信号内被抑制。
图1是图示根据本公开技术的特定实施方式的电子测试和测量系统100的示例的块图。在该示例中，系统100包括电子测试仪器110，诸如DMM、SMU或示波器，其包括至少一个信号输入端112，该信号输入端112构造成从被测试装置（DUT）120接收电子信号。
在该示例中，例如，电子测试仪器110还包括用于冷却测试仪器110的冷却机构114，诸如一个或多个安装在机架上的风扇。冷却机构114可以是用于冷却整个测试仪器110或执行某些其他功能（例如冷却测试仪器110的特定部件，诸如处理器或特定集成电路（IC））的几乎任何合适的装置、部件或机构。
在示例中，电子测试仪器110还包括处理器116，其能够构造成接收并处理从信号输入端112接收到的信号。替代性地或者除此之外，处理器116可还构造成控制风扇114的运行。
在一些实施例中，电子测试仪器110还包括测量电路118。测量电路118联接到信号输入端112，并构造成对从信号输入端112接收到的信号进行测量。测量电路118可包括例如放大器、衰减器、混频器、偏置电路、采样保持电路、模数转换器、存储器、触发电路或其他子电路。
在一些实施例中，测量电路118构造成对所接收到的信号进行敏感测量。应当注意，如本文所使用的，术语“敏感测量”通常是指并且包括对机械振动敏感并且可能不利地受到机械振动影响的电流测量、电压测量和/或其他类型的测量，所述机械振动诸如由风扇114的正常运行引起。例如，通常借助SMU进行的低电流测量是敏感测量的一种类型。
在不实施本公开技术的情况下，在对由信号输入端112接收到的信号进行敏感测量的过程期间，风扇114的随机的或变化的、和/或未知频率的机械振动向测试仪器110中的电流变化的转换（例如通过测量电路118）不利地在测量中引入太多噪声，并且因此不期望地且显著地影响由测试仪器110进行的测量的精度和可重复性两者。
本公开技术的特定实施方式包括主动地将风扇114的速度（例如通过处理器116）控制为特定且已知的频率，使得被引入到测试测量仪器110中的风扇114的机械振动能够然后借助几乎任何合适的数字信号处理（DSP）技术被抑制。例如，可在模数转换器（ADC）测量窗口期间或之后采用这种DSP技术。
图2是图示根据本公开技术的特定实施方式的用于电子测试测量系统（诸如图1所示的测试测量系统100）的处理器控制的方法200的示例的流程图。
在202处，例如通过测试仪器110的信号输入端112从DUT120接收电信号。测试仪器可对例如由信号输入端112接收到的电信号进行敏感测量，诸如电压测量或电流测量。
在204处，例如由处理器116确定电测试仪器110的冷却机构应该运行的频率。在206处，例如由处理器116使冷却机构以所确定的频率运行。
在208处，至少部分地基于所确定的频率例如由处理器116选择滤波器。在210处，对电信号施加滤波器，以减少由冷却机构的机械振动引起的与电信号的干扰。因此，滤波器有利地减少或消除通常由冷却机构的机械振动引起的干扰噪声。
本公开技术的特定实施方式包括闭环控制系统，其构造成，将风扇的转速计输出作为输入，且然后将脉冲宽度调制（PWM）信号作为输出以向风扇输入，以便基于PWM信号的占空百分比控制风扇速度。也就是说，控制器可直接将风扇速度控制为特定的速度值，而不是允许闭环控制系统在连续频谱（例如从零转数每分钟（RPM）到风扇的最大速度）中改变风扇速度。
为了最小化或甚至消除被引入到低水平测量导体或电缆中的随机和/或未知的机械频率噪声，例如可将风扇速度严格地控制为300RPM的任何整数倍。由于300RPM及其任何整数倍是50Hz和60Hz两者的谐波，所以这种允许速度的设定可有利地工作，而不管提供给电子测试仪器的电力线频率，例如仪器的主电源。也就是说，在特定实施例中，所选择的风扇速度可以是50Hz和/或60Hz的数学整数倍。
一旦将风扇控制为这些速度中的一个，由测试仪器采用以减少或消除50Hz和/或60Hz的电力线周期噪声的几乎任何合适的技术可有利地有效减少或甚至消除由机械振动引起的噪声，所述机械振动由风扇旋转引起。
在替代性实施例中，风扇控制系统可以通过检测软件配置设定而更灵活，该软件配置设定指示产品在哪个电力区域（power region）中使用，例如50Hz或60Hz，且然后利用电力区域的识别，风扇控制系统能够使用不同风扇速度，其是50Hz或60Hz的整数倍，而不需要使用为两个区域工作的风扇速度。
特定实施方式可包括在扫描风扇速度的同时使用ADC进行快速采集，以便在任何电测量之前分析机械振动的频谱。这能够用于确定机械系统的离线表征，其结果能够在电测量期间快速应用，而不需要在测量期间进行耗费时间的机械分析。
能够将一个或多个风扇的速度控制为特定选择的频率，使得能够抑制由（多个）风扇的机械振动引起的测量噪声，例如通过对相关频率及其谐波进行滤波。
在特定实施方式中，在电测量电路附近或在电测量电路处测量机械振动并减少或彻底消除其对电测量的有害影响可借助校准来改进。
示例
本文公开的技术的说明性示例在下文提供。技术的实施例可包括下文描述的示例的任何一个或多个、及其任何组合。
示例1涉及一种电子测试仪器，包括：信号输入端，其构造成接收电信号；冷却机构；以及处理器，其构造成：确定冷却机构应该运行的频率；使冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择滤波器；并且将该滤波器应用到电信号，以减少由冷却机构的机械振动引起的与电信号的干扰。
示例2包括示例1的主题，其中冷却机构包括冷却风扇。
示例3包括示例2的主题，其中冷却风扇是安装在机架上的冷却风扇。
示例4包括示例1-3中任一项所述的主题，其中所确定的频率是50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波。
示例5包括示例1-4中任一项所述的主题，并且还包括测量电路，其构造成对接收到的电信号进行敏感测量。
示例6包括示例5的主题，其中敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
示例7涉及一种处理器控制的方法，包括：确定电子测试仪器的冷却机构应该运行的频率；使冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择信号滤波器；以及将信号滤波器应用到由电子测试仪器测量的电信号，以减少由冷却机构的机械振动引起的对电信号的影响。
示例8包括示例7的主题，其中冷却机构包括冷却风扇。
示例9包括示例8的主题，所述方法还包括检测软件配置设定，所述软件配置设定指示正在使用哪个电力区域。
示例10包括示例9的主题，所述方法还包括使冷却风扇以作为50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波的频率运行。
示例11包括示例7-10中任一项所述的主题，其中电子测试仪器对电信号进行敏感测量。
示例12包括示例11的主题，其中敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
示例13涉及一种电子测试测量系统，包括：被测试装置（DUT）；和电子测试仪器，包括：信号输入端，其构造成从DUT接收电信号；冷却机构；以及处理器，其构造成：确定冷却机构应该运行的频率；使冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择滤波器；并且将该滤波器应用到电信号，以减少由冷却机构的机械振动引起的与电信号的干扰。
示例14包括示例13的主题，其中冷却机构包括安装在机架上的冷却风扇。
示例15包括示例13-14中任一项所述的主题，其中所确定的频率是50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波。
示例16包括示例13-15中任一项所述的主题，并且其中电子测试仪器还包括测量电路，其构造成对接收到的电信号进行敏感测量。
示例17包括示例16的主题，其中敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
示例18包括示例13-17中任一项所述的主题，其中电子测试仪器是数字万用表（DMM）。
示例19包括示例13-17中任一项所述的主题，其中电子测试仪器是源测量单元（SMU）。
示例20包括示例13-17中任一项所述的主题，其中电子测试仪器是示波器。
计算机可读介质是指能够由计算装置访问的任何介质。作为示例，而非限制性的，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。
计算机存储介质是指能够用于存储计算机可读信息的任何介质。作为示例，而非限制性的，计算机存储介质可包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器或其他存储器技术、只读光盘存储器（CD-ROM）、数字化视频光盘（DVD）或其他光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置、以及在任何技术中实施的任何其它易失性或非易失性、可删除或不可删除的介质。计算机存储介质不包括信号本身和信号传输的暂时形式。
通信介质是指能够用于计算机可读信息的通信的任何介质。作为示例，而非限制性的，通信介质可包括同轴电缆、光纤电缆、空气或适于电，光，射频（RF），红外线、声学或其他类型信号的通信的任何其它介质。
已经参考所示实施例描述和说明了本发明的原理，应当认识到，所示实施例可在结构和细节上进行修改，而不脱离这些原理，并且可以以任何期望的方式组合。尽管前面的讨论集中在特定的实施例上，但是也可考虑其他构造。
特别地，虽然在本文中使用诸如“根据本发明的实施例”等的表述，但这些短语意在一般地参考实施例的可能性，并不意图将本发明限于特定的实施例构造。如本文所使用的，这些术语可参考结合到其他实施例中的相同或不同的实施例。
因此，鉴于本文描述的实施例的变型的多样性，该详细描述和附加内容仅意欲是说明性的，并且不应被认为限制本发明的范围。因此，本发明所要求保护的是所有的这些修改，这些修改可落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种电子测试仪器，包括：
信号输入端，其构造成接收电信号；
冷却机构；以及
处理器，其构造成：确定所述冷却机构应该运行的频率；使所述冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择滤波器；并且将所述滤波器应用到所述电信号，以减少由所述冷却机构的机械振动引起的与所述电信号的干扰。
2.根据权利要求1所述的电子测试仪器，其中所述冷却机构包括冷却风扇。
3.根据权利要求2所述的电子测试仪器，其中所述冷却风扇是安装在机架上的冷却风扇。
4.根据权利要求1所述的电子测试仪器，其中所确定的频率是50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波。
5.根据权利要求1所述的电子测试仪器，还包括测量电路，所述测量电路构造成对所述接收到的电信号进行敏感测量。
6.根据权利要求5所述的电子测试仪器，其中所述敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
7.一种处理器控制的方法，包括：
确定电子测试仪器的冷却机构应该运行的频率；
使所述冷却机构以所确定的频率运行；
基于所确定的频率选择信号滤波器；以及
将所述信号滤波器应用到由所述电子测试仪器测量的电信号，以减少由所述冷却机构的机械振动引起的对所述电信号的影响。
8.根据权利要求7所述的处理器控制的方法，其中所述冷却机构包括冷却风扇。
9.根据权利要求8所述的处理器控制的方法，还包括检测软件配置设定，所述软件配置设定指示正在使用哪个电力区域。
10.根据权利要求9所述的处理器控制的方法，还包括使所述冷却风扇以作为50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波的频率运行。
11.根据权利要求7所述的处理器控制的方法，其中所述电子测试仪器对所述电信号进行敏感测量。
12.根据权利要求11所述的处理器控制的方法，其中所述敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
13.一种电子测试测量系统，包括：
被测试装置（DUT）；和
电子测试仪器，包括：
信号输入端，其构造成从所述DUT接收电信号；
冷却机构；以及
处理器，其构造成：确定所述冷却机构应该运行的频率；使所述冷却机构以所确定的频率运行；基于所确定的频率选择滤波器；并且将所述滤波器应用到所述电信号，以减少由所述冷却机构的机械振动引起的与所述电信号的干扰。
14.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所述冷却机构包括安装在机架上的冷却风扇。
15.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所确定的频率是50Hz、60Hz或50Hz和60Hz两者的谐波。
16.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所述电子测试仪器还包括测量电路，所述测量电路构造成对所述接收到的电信号进行敏感测量。
17.根据权利要求16所述的电子测试测量系统，其中所述敏感测量包括电压测量、电流测量或其组合。
18.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所述电子测试仪器是数字万用表（DMM）。
19.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所述电子测试仪器是源测量单元（SMU）。
20.根据权利要求13所述的电子测试测量系统，其中所述电子测试仪器是示波器。
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