CN108333393A

CN108333393A - 探针和校正方法

Info

Publication number: CN108333393A
Application number: CN201710045407.XA
Authority: CN
Inventors: 安德雷斯·齐格勒
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: CN108333393B

Abstract

本发明提供一种用于与测量设备一同使用的探针(100、200)，所述探针(100、200)包括：第一信号输入(101、201)；第一分压器(103)，与第一信号输入(101、201)相连；宽带放大器(109、209)，其中所述宽带放大器(109、209)的第一输入与所述第一分压器(103)的分压器输出相连，且所述宽带放大器(109、209)的第二输入接地；以及DC校正电路(110)，被配置为基于通过所述第一信号输入(101、201)的电流(111)产生用于所述宽带放大器(109、209)的DC电压。

Description

探针和校正方法

技术领域

本发明涉及一种探针。本发明还涉及一种用于与这种探针一同使用的校正方法。

背景技术

虽然本发明原则上适用于用于测量电信号的任何系统，但是下文中将结合探针来描述本发明及其根本问题，所述探针例如可以与示波器等一同使用。

探针通常使用宽带放大器。然而，这种宽带放大器受到偏置电流和偏置电流漂移的影响，与探针的其它电路元件组合影响测量的结果。

在这种背景下，本发明要解决的问题在于提供用于测量设备的探针，使得输出信号中的误差分量减小。

发明内容

本发明通过具有权利要求1所述特征的探针和具有权利要求9所述特征的校正方法来解决该目的。

因此，本发明提供了：

-一种用于与测量设备(例如，示波器或网络测试器)一同使用的探针，所述探针包括：第一信号输入和第二信号输入；第一信号输入；第一分压器，与所述第一信号输入相连；宽带放大器，其中所述宽带放大器的第一输入与所述第一分压器的分压器输出相连，且所述宽带放大器的第二输入接地；以及DC校正电路，被配置为基于通过所述第一信号输入的电流来产生针对所述宽带放大器的DC电压。

-一种用于与探针(例如，根据本发明的探针)一同使用的校正方法，所述方法包括：基于与所述探针的第一信号输入相连的第一分压器的输出并基于地电位，利用宽带放大器产生所述探针的输出；测量通过所述第一信号输入的电流；以及基于通过所述第一信号输入的电流来校正所述宽带放大器的DC电压。

已知的探针通常包括：两个探针输入，所述两个探针输入与分压器内部相连；以及差分放大器，所述差分放大器根据分压器的输出产生探针输出信号。所述输入之一可以是例如接地连接器，或在例如单端探针中可以在内部接地。然而，这种探针往往遭受差分放大器输入的非线性、闪烁噪声、偏移电压和偏移漂移、以及偏置电流和偏置电流漂移。

在这种探针中，偏置电流将流入分压器，其中由于分压器的分压比，大部分电流流入分压器的下支路(lower leg)。因此，通过下支路阻抗的偏置电流将产生电压，这将在差分放大器的输出中可见。

图4的校正方案可以例如用于补偿非线性、闪烁噪声、偏移电压和偏移漂移。然而，该方案不能补偿差分放大器的偏置电流和偏置电流漂移。

根据本发明的探针提供利用DC校正电路的修正校正。DC校正电路不测量相应分压器的下支路上的电压降。相反，DC校正电路测量信号输入中的电流，且产生针对宽带放大器的相应DC电压。

通过测量信号输入中的电流，明显减小了偏置电流对DC校正电路的影响，即，通过分压器的分压比来减小。因此，也通过分压器的分压比减小DC电压的误差。

基于本发明的发现，可以提供一种改进型探针，其减小了由于偏置电流和偏置电流漂移而引起的误差分量。应当理解，根据本发明的探针可以例如是单端探针或差分探针。

本发明的其它实施例是其它从属权利要求以及参考附图的以下描述的主题。

在可能的实施例中，所述探针包括：第二信号输入以及与第二信号输入相连的第二分压器，其中所述宽带放大器的第二输入与第二分压器的分压输出相连，因此间接接地，且其中所述DC校正电路被配置为基于通过所述第一信号输入的电流和通过所述第二信号输入的电流来生成针对所述宽带放大器的DC电压。

在可能的实施例中，分压器的上支路(即，连接在分压器输出和相应信号输入之间的支路)中的阻抗值可以高于分压器的下支路(即，连接在分压器输出和公共地之间的支路)中的阻抗值。阻抗的比率可以仅示例性地在10∶1和1000∶1之间，特别是在100∶1和700∶1，400∶1和600∶1之间，或500∶1。

在可能的实施例中，第一分压器和第二分压器可以各自包括第一阻抗，其中第一阻抗可以连接在相应信号输入和第二阻抗之间，其中第二阻抗可以连接到第三阻抗，其中在每种情况下的分压器输出可以是第二阻抗和第三阻抗之间的节点。单个阻抗可以例如包括具有并联电容的电阻。这种布置允许补偿单个阻抗。

在可能的实施例中，第一阻抗的阻抗值可以高于第二阻抗的阻抗值，且第二阻抗的阻抗值可以等于第三阻抗的阻抗值。此外，DC校正电路可以被配置为通过测量相应第二阻抗上的电压降来测量通过相应信号输入的电流。将分压器的上支路分成单独的段允许在低电压电平下测量通过上支路的电流，即，较少部分的偏置电流。

在可能的实施例中，第一阻抗和第二阻抗的阻抗值的和可以等于相应分压器的分压比的分子，且第三阻抗的阻抗值可以等于分压比的分母。

在可能的实施例中，DC校正电路可以针对每个信号输入包括测量差分放大器，其可以测量相应第二阻抗上的电压降。此外，DC校正电路可以包括减法差分放大器，其可以连接到测量差分放大器并计算测量差分放大器的输出信号的差。此外，DC校正电路可以基于减法差分放大器的输出生成DC电压。测量差分放大器各自经由第二阻抗上的电压降确定通过相应信号输入的电流。由减法差分放大器计算的两个信号之间的差是DC电压的目标值。测量差分放大器可以例如包括高精度DC运算放大器。这种高精度DC运算放大器包括几乎完美的DC特性，因此足以测量相应电压。

在可能的实施例中，DC校正电路可以包括调节差分放大器，所述调节差分放大器根据减法差分放大器的输出来调节DC电压，并将经调节的DC电压提供给宽带放大器。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现参考结合附图的以下描述。下面通过使用在附图的示意图中说明的示例实施例来详细解释本发明，附图中：

图1示出了根据本发明实施例的探针的一个实施例的框图；

图2示出了根据本发明实施例的探针的另一实施例的框图；

图3示出了根据本发明实施例的方法的实施例的流程图；以及

图4示出了探针的框图。

附图旨在提供对本发明的实施例的进一步理解。它们示出了实施例，并结合描述一起帮助解释本发明的原理和构思。参照附图，将清楚其他实施例和所提及的许多优点。附图中的元件不一定按比例绘制。

在附图中，除非另有说明，否则在每种情况下的相似的、功能上等同的和同样操作的元件、特征和部件被表示为相似的附图标记。

具体实施方式

图1示出了差分探针100的框图。探针100包括第一信号输入101和第二信号输入102。第一信号输入101与第一分压器103相连，且第二信号输入102与第二分压器104相连。分压器103、104连接在相应信号输入101、102和地114之间。

每个分压器103、104包括与相应信号输入101、102相连的上支路105、107以及与地114相连的下支路106、108。上支路105和下支路106之间的以及上支路107和下支路108之间的节点均连接到生成探针100的输出信号的宽带放大器109的输入。

探针100还包括产生用于宽带放大器109的DC电源电压的DC校正电路110。

宽带放大器109固有地产生偏置电流113，所述偏置电流113被馈送到上支路103和下支路104。然而，图1中的偏置电流113仅是示例性地针对上支路103示出的。应当理解，关于偏置电流113的解释类似地适用于下支路104。

偏置电流113将流入第一分压器103并分入上支路105和下支路106。由于上支路105将具有比下支路106高得多的阻抗或电阻，所以偏置电流113的大部分将流入下支路106。阻抗的比率可以仅示例性地在10∶1和1000∶1之间，特别是在100∶1和700∶1，400∶1和600∶1之间，或500∶1。

然而，DC校正电路110将测量分别通过上支路105和第一信号输入101的电流111以及上支路107和第二信号输入102的电流112，并将测量到的电流值作为用于调节宽带放大器109的DC电压的基准。因此，将偏置电流113的影响减小第一分压器103、104的分压比的倍数。

因此，通过DC校正电路110产生DC电压将大大减小由于宽带放大器109的输入的非线性、闪烁噪声、偏移电压和偏移漂移以及偏置电流和偏置电流漂移而引起的在探针100的输出中的误差。

图1还示出了单端探针的配置。在这种情况下，将省略第二分压器104，而是将DC校正电路110和宽带放大器109的连接设置到地114(以虚线示出)。然而，上述原理同样适用。

图2示出了另一差分探针200的框图。探针200基于探针100并包括更多细节。与图1相同，图2的说明和原理也可以应用于单端探针。

没有单独引述分压器，且每个分压器包括三个阻抗250、251、252、253、254、255，每个阻抗包括电阻器215、216、217、221、222、223和并联电容218、219、220、224、225、226。在每种情况下，分压器的输出被设置在第二阻抗251和第三阻抗252之间以及第二阻抗254和第三阻抗255之间。这意味着宽带放大器209连接到相应分压器的第二阻抗251和第三阻抗252之间以及第二阻抗254和第三阻抗255之间的节点。第三阻抗252、255接地。第二阻抗与第一阻抗250、253相连，所述第一阻抗250、253的另一侧与相应信号输入201、202相连。

不单独引述图2的DC校正电路。相反，示出了测量差分放大器227、228、减法差分放大器229和调节差分放大器235。

测量差分放大器227、228各自测量相应第二阻抗251、254上的电压降，并各自经由电阻器230、232与运算放大器234的输入-、+相连。测量差分放大器227、228可以例如包括高精度DC运算放大器。此外，运算放大器234的输出经由电阻器236耦合到运算放大器238的-输入。宽带放大器209的输出经由电阻器237连接到运算放大器238的-输入，而运算放大器238的+输入连接到地214。运算放大器238的输出将DC电压提供给宽带放大器209。

在图2中，电阻器215和221均用498R来标记。此外，电阻器216、217、222、223用R来标记。这表示电阻器215和221的欧姆值是电阻器216、217、222、223的欧姆值的498倍。

显然，根据相应电阻215、216、217、221、222、223的值划分从宽带放大器209到分压器的偏置电流213。因此，在信号输入201的示例中，偏置电流213的499/500的量将作为电流240经由电阻器217流到地，且只有1/500的偏置电流213将作为电流241流入第一和第二阻抗215、216。因此，在第二阻抗251上测量的电压仅最小程度地受偏置电流213的影响。相同的解释适用于第二信号输入202。

图3示出了用于与例如探针100、200之一一同使用的校正方法的流程图。

所述方法包括：基于与探针100、200的第一信号输入101、201相连的第一分压器103的输出以及基于地电位，利用宽带放大器109、209产生S1探针100、200的输出。因此，该步骤S1包括利用探针100、200产生输出信号。

第二步骤S2包括测量S2通过第一信号输入101、201的电流111、112。此外，基于通过第一信号输入101、201的电流111，校正S3用于宽带放大器109、209的DC电压。

以上解释了本发明的用于单端探针的方法。然而，本发明的原理也可以应用于差分探针。在这种情况下，产生S1可以包括：例如，基于与探针100、200的第一信号输入101、201相连的第一分压器103的输出以及与探针100、200的第二信号输入102、202相连的第二分压器104的输出，利用宽带放大器109、209产生探针100、200的输出。此外，第二步骤S2可以包括测量S2通过第一信号输入101、201和第二信号输入102、202的电流111、112。

此外，可以基于通过第一信号输入101、201的电流111和通过第二信号输入102、202的电流112，来校正S3用于宽带放大器109、209的DC电压。

在探针100、200中，可以将例如在分压器的上支路105、107中的阻抗值设置为高于在分压器的下支路106、108中的阻抗值，以减小流入相应信号输入101、102、201、202中的偏置电流。

例如，第一分压器103和第二分压器104可以各自设置有第一阻抗250、253，第二阻抗251、254和第三阻抗252、255。第一阻抗250、253可以连接在相应信号输入和第二阻抗251、254之间。第二阻抗251、254可以连接到第三阻抗252、255。在每种情况下的分压器输出可以是第二阻抗251和第三阻抗252之间以及第二阻抗254和第三阻抗255之间的节点。

此外，第一阻抗250、253的阻抗值可以设置为高于第二阻抗251、254的阻抗值，且第二阻抗251、254的阻抗值可以设置为等于第三阻抗252、255的阻抗值。

可以通过测量相应第二阻抗251、254上的电压降来执行所述测量S2通过相应信号输入的电流111、112的步骤。在该示例中，第一阻抗250、253和第二阻抗251、254的阻抗值的和可以等于相应分压器的分压比的分子，且第三阻抗252、255的阻抗值等于分压比的分母。

可以在相应第二阻抗251、254上，针对每个信号输入101、102、201、202测量电压降。然后，可以计算测量到的电压降的差，并将其用作用于产生DC电压的基准。

图4示出了探针P的框图。探针P包括与输入In1、In2相连的两个分压器。每个分压器包括上支路ul1、ul2和下支路111、112。

在探针P中，运算放大器OPV1、OPV2分别测量分压器的下支路ll1、ll2上的电压。然而，如上所述，该电压受到由OPV 3产生的偏置电流的严重影响。因此，由差分器D和调节器R为OPV 3产生的dc电压也将受到OPV3的偏置电流的严重影响。

虽然本文已经图示和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，存在各种备选和/或等同实现。应当理解，一个或多个示例实施例仅是示例性的，并在任何情况下不旨在限制范围、适用性或配置。相反，上述概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的路线图，应当理解，可以对在示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变，而不脱离所附权利要求及其合法等同物所述的范围。通常，本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变化。

在上述具体描述中，出于简化本公开的目的，在一个或更多个示例中将各种特征进行分组。应当理解，上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。它旨在涵盖本发明的精神和范围内的备选方案、修改和等同物。当浏览上述说明书时，许多其它示例对于本领域技术人员将是显而易见的。

在上述说明书中使用的具体命名用于提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将根据本文所述的说明书清楚，特定细节并不是为了实施本发明所必须的。因此，本发明特定实施例的以上描述被呈现为示出和描述的目的。它们不意图是穷尽的或者将本发明限制为公开的精确形式。显然，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。对实施例的选择和描述是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适合于预期特定用途的各种修改的各种实施例。贯穿说明书，术语“包括”和“其中”分别用作相应术语“包括”和“其中”的简化英语等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，且不旨在对其对象施加数值要求或对其对象的重要性建立特定排序。

附图标记列表

100、200 探针

101、201 第一信号输入

102、202 第二信号输入

103 第一分压器

104 第二分压器

105、107 上支路

106、108 下支路

109、209 宽带放大器

110 DC校正电路

111、112 通过信号输入的电流

113、213 偏置电流

114、214 地

215、216、217 电阻器

218、219、220 电容器

221、222、223 电阻器

224、225、226 电容器

227、228 测量差分放大器

229 减法差分放大器

230、231、232 电阻器

234 运算放大器

235 调节差分放大器

236、237 电阻器

238 运算放大器

240、241 电流

250、251、252 阻抗

253、254、255 阻抗

S1、S2、S3 方法步骤

P 探针

I1、I2 输入

ul1、ul2 上支路

ll1、ll2 下支路

OPV1、OPV2、OPV3 运算放大器

D 差分器

R 调节器

Claims

1.一种用于与测量设备一同使用的探针(100、200)，所述探针(100、200)包括：

第一信号输入(101、201)；

第一分压器(103)，与所述第一信号输入(101、201)相连；

宽带放大器(109、209)，其中所述宽带放大器(109、209)的第一输入与所述第一分压器(103)的分压器输出相连，且所述宽带放大器(109、209)的第二输入接地；以及

DC校正电路(110)，被配置为基于通过所述第一信号输入(101、201)的电流(111)，产生用于所述宽带放大器(109、209)的DC电压。

2.根据权利要求1所述的探针(100、200)，包括：

第二信号输入(102、202)；以及

第二分压器(104)，与所述第二信号输入(102、202)相连；

其中所述宽带放大器(109、209)的第二输入与所述第二分压器(104)的分压器输出相连；以及

其中所述DC校正电路(110)被配置为基于通过所述第一信号输入(101、201)的电流(111)以及通过所述第二信号输入(102、202)的电流(112)，产生用于所述宽带放大器(109、209)的DC电压。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的探针(100、200)，其中所述分压器的上支路(105、107)中的阻抗值高于所述分压器的下支路(106、108)中的阻抗值。

4.根据权利要求1到2中的任一项所述的探针(100、200)，其中所述第一分压器(103)和/或所述第二分压器(104)各自包括第一阻抗(250、253)，其中所述第一阻抗(250、253)连接在相应信号输入与第二阻抗(251、254)之间，其中所述第二阻抗(251、254)连接到第三阻抗(252、255)，其中在每种情况下的所述分压器输出是所述第二阻抗(251、254)和所述第三阻抗(252、255)之间的节点。

5.根据权利要求4所述的探针(100、200)，其中所述第一阻抗(250、253)的阻抗值高于所述第二阻抗(251、254)的阻抗值，且其中所述第二阻抗(251、254)的阻抗值等于所述第三阻抗(252、255)的阻抗值，

其中所述DC校正电路(110)被配置为通过测量相应第二阻抗(251、254)上的电压降来测量通过相应信号输入的电流(111、112)。

6.根据权利要求5所述的探针(100、200)，其中所述第一阻抗(250、253)和所述第二阻抗(251、254)的阻抗值的和等于相应分压器的分压比的分子，且第三阻抗(252、255)的阻抗值等于所述分压比的分母。

7.根据权利要求4所述的探针(100、200)，其中所述DC校正电路(110)包括用于所述第一信号输入和/或所述第二信号输入的测量差分放大器(227、228)，其中所述测量差分放大器(227、228)测量相应第二阻抗(251、254)上的电压降，

且其中所述DC校正电路(110)包括减法差分放大器(229)，所述减法差分放大器(229)与所述测量差分放大器(227、228)相连并计算所述测量差分放大器(227、228)的输出信号的差，

其中所述DC校正电路(110)基于所述减法差分放大器(229)的输出产生所述DC电压。

8.根据权利要求7所述的探针(100、200)，其中所述宽带放大器(109、209)包括信号差分放大器(109、209)和/或其中所述测量差分放大器(227、228)包括高精度DC运算放大器；和/或

其中所述DC校正电路(110)包括调节差分放大器，所述调节差分放大器根据所述减法差分放大器(229)的输出来调节所述DC电压，并将经调节的DC电压提供给所述宽带放大器(109、209)。

9.一种用于与探针(100、200)一同使用的校正方法，所述方法包括：

基于与探针(100、200)的第一信号输入(101、201)相连的第一分压器(103)的输出以及基于地电位，利用宽带放大器(109、209)产生(S1)探针(100、200)的输出；

测量(S2)通过第一信号输入(101、201)的电流(111、112)；以及

基于通过第一信号输入(101、201)的电流(111)，校正(S3)用于宽带放大器(109、209)的DC电压。

10.根据权利要求9所述的校正方法，其中所述产生(S1)包括：基于与所述探针(100、200)的第一信号输入(101、201)相连的第一分压器(103)的输出以及与所述差分探针(100、200)的第二信号输入(102、202)相连的第二分压器(104)的输出，利用宽带放大器(109、209)产生(S1)所述探针(100、200)的输出，以及

其中所述测量(S2)包括：测量(S2)通过所述第一信号输入(101、201)和所述第二信号输入(102、202)的电流(111、112)；以及

其中所述校正(S3)包括：基于通过第一信号输入(101、201)的电流(111)和通过第二信号输入(102、202)的电流(112)，校正(S3)用于所述宽带放大器(109、209)的DC电压。

11.根据权利要求9和10中的任一项所述的校正方法，包括：在所述分压器的上支路(105、107)中设置比所述分压器的下支路(106、108)中的阻抗值更高的阻抗值。

12.根据权利要求9和10中的任一项所述的校正方法，包括：向所述第一分压器(103)和/或所述第二分压器(104)各自设置第一阻抗(250、253)、第二阻抗(251、254)和第三阻抗(252、255)，其中所述第一阻抗(250、253)连接在相应信号输入和所述第二阻抗(251、254)之间，其中所述第二阻抗(251、254)连接到所述第三阻抗(252、255)，且其中在每种情况下的分压器输出是所述第二阻抗(251、254)和所述第三阻抗(252、255)之间的节点。

13.根据权利要求12所述的校正方法，包括：将所述第一阻抗(250、253)的阻抗值设置为高于所述第二阻抗(251、254)的阻抗值，且将所述第二阻抗(251、254)的阻抗值设置为等于所述第三阻抗(252、255)的阻抗值。

14.根据权利要求13所述的校正方法，包括：通过测量相应第二阻抗(251、254)上的电压降来测量(S2)通过相应信号输入的电流(111、112)；和/或

计算测量的电压降的差，其中基于所计算的差来校正所述DC电压。

15.根据权利要求12所述的校正方法，其中，所述第一阻抗(250、253)和所述第二阻抗(251、254)的阻抗值的和等于相应分压器的分压比的分子，且所述第三阻抗(252、255)的阻抗值等于所述分压比的分母。