CN108957081A

CN108957081A - 示波器、测试和测量系统以及方法

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Publication number: CN108957081A
Application number: CN201810481378.6A
Authority: CN
Inventors: 马丁·佩诗珂
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: CN108957081B; EP3404426B1; US10718793B2; US20180335452A1; EP3404426A1

Abstract

描述了一种示波器(12)，其具有被配置为生成补偿信号的补偿信号发生器(22)、被配置为与无源探头(14)相连接的探头连接器(26)以及被配置为检测无源探头(14)是否与探头连接器(26)相连接的检测单元(24)。此外，描述了测试和测量系统(10)以及方法。

Description

示波器、测试和测量系统以及方法

技术领域

本发明涉及用于补偿无源探头的示波器、测试和测量系统以及方法。

背景技术

已知的是，示波器被用于与用于接触被测设备的无源探头相连接。示波器和无源探头建立测试和测量系统。

已知无源探头具有针对容量的微调器(trimmer)，其被用于在示波器的输入容量、特别是被使用的示波器的测量通道方面来调整无源探头。这也被称为探头补偿，其务必在通过使用示波器和无源探头测量被测设备之前被执行。

每次当无源探头与示波器相连接时都务必进行这种探头补偿。如果尚未进行探头补偿，则由于缺少探头补偿而引起与失配有关的误差，造成以测试和测量系统执行的测量是不可用的。

典型地通过将无源探头与示波器相连接并选择与无源探头相连接的通道来进行探头补偿。此外，需要的是通过以适当方式调整某些特性(例如触发的阈值)来适当地调整示波器的设置。此外，还务必进行若干其他设置，诸如选择水平缩放比例、垂直缩放比例、偏移量、位置、触发源、触发电平以及求平均值。务必手动地进行这些不同设置，以便正确地设置被用于探头补偿的示波器的通道。

然后，务必手动复位示波器使得用于测量的设置被施加，以便通过使用测试和测量系统来执行意图的测量。

相应地，存在对执行探头补偿使得可以以更高效方式进行测量的更有效率可能方案的需求。

发明内容

本发明提供了一种示波器，其具有被配置为生成补偿信号的补偿信号发生器、被配置为与无源探头相连接的探头连接器以及被配置为检测无源探头是否与探头连接器相连接的检测单元。

此外，本发明提供了用于补偿无源探头的方法，该方法具有以下步骤：

-检测与示波器相连接的无源探头，

-如果检测到无源探头，则启动探头补偿模式，以及

-在探头补偿模式中调整示波器的至少一个设置。

本发明基于以下发现，即示波器具有由探头连接器提供的特定的探头补偿输出。示波器的特定的探头补偿输出被配置为使能以自动方式的探头补偿。此外，自动地检测无源探头是否与示波器相连接，使得可以通过启动示波器的探头补偿模式而发起探头补偿。内部补偿信号发生器生成用于探头补偿的特定的补偿信号。此补偿信号被转发至无源探头，特别是被用于感测探头连接器的其尖端。在探头补偿模式中，示波器与无源探头相互作用，使得无源探头的探头微调器被(自动地)调整直到与生成的补偿信号有关的迹线在公差范围内为止。可以由示波器的制造商来限定该公差范围。此外，可以由示波器的用户来设置该公差范围。

例如，补偿信号发生器与探头连接器相连接，使得生成的补偿信号被转发至探头连接器。

检测单元可以被配置为自动地检测无源探头是否与探头连接器相连接。

如果无源探头与示波器相连接，则通过启动示波器的探头补偿模式来发起探头补偿。

根据一方面，补偿信号发生器被配置为生成周期性信号，特别是生成矩形信号和正弦信号中的至少一个。因为被用于调整无源探头的探头微调器的重复性信号被施加至无源探头，所以这简化了探头补偿。

特别地，无源探头是无源电压探头。

根据另一方面，补偿信号发生器与探头连接器相连接，使得生成的补偿信号被转发至探头连接器。该转发的补偿信号被馈送至与探头连接器相连接的无源探头。

无源探头可以与示波器的输入中的至少一个相连接，使得生成的补偿信号被转发至处理该补偿信号的无源探头。示波器在其输入处接收对应于生成的补偿信号的接收到的补偿信号。将生成的补偿信号与接收到的信号彼此进行比较，以便确定偏差，特别是来自接收到的信号的预期形状的偏差。然后，调整无源探头处的微调器直到接收到的补偿信号的迹线满足在公差区域内生成的补偿信号为止。

根据某一实施例，探头连接器包括两个端子，特别是，其中，通过接线柱(lug)、钩状物(hook)、环和插座中的至少一个来建立端子中的至少一个。无源探头可以以容易且高效的方式接触这些端子，使得提供的补偿信号可以被无源探头(特别是其尖端)高效地感测到。

此外，检测单元可以包括机械装置、传感器和电开关中的至少一个。使用机械装置以便以机械的方式来检测无源探头与探头连接器的连接。此外，可以提供在无源探头与探头连接器相连接时被激活的电开关。而且，传感器可以是压力传感器、光学传感器(如光栅)或阻抗传感器以感测探头连接器的阻抗，其在探头与探头连接器相连接时改变。典型地，如果无源探头被断开连接则阻抗增加。因此，可以以机械的、电的或光学的方式感测到该连接。

根据另一方面，检测单元和补偿信号发生器被彼此电连接，特别是，其中，检测单元被配置为控制补偿信号发生器。因此，当检测单元启动补偿信号发生器(前提是检测单元检测到无源探头与探头连接器相连接)时，补偿信号发生器不必持续地提供补偿信号。相应地，检测单元充当用于补偿信号发生器的开关单元。这确保了可以避免探头连接器处辐射的不需要的干扰。检测单元可以启动示波器的某一探头补偿模式，其中，补偿信号发生器被适当激活。

而且，示波器可以被配置为自动地确定与探头连接器相连接的探头的分压器因数(divider factor)。例如，测量由与无源探头相连接的输入通道接收到的补偿信号的幅度。因此，可以在探头补偿期间获取无源探头的参数。

此外，可以提供被配置为在探头补偿模式中显示探头补偿模板的显示器。此探头补偿模板帮助示波器的用户进行适当的探头调整。可替选地或作为补充，在探头补偿模板中示出指示器，其中，该指示器指示调整的质量、警告消息和调整向导中的至少一个。相应地，探头补偿模板可以适当地指导用户。

根据另一方面，设置是活动通道(active channel)、禁用的通道、水平缩放比例、垂直缩放比例、偏移量、位置、触发源、触发电平和求平均值中的至少一个。典型地，在调整示波器的同时来设置这些设置。

而且，该设置可以被自动地调整。到目前为止，上述设置在启动探头补偿时务必由用户手动地进行。因此，当由示波器自动地调整这些设置时确保高效的探头补偿。

根据另一方面，在调整步骤之前存储示波器的初始设置，其中，在检测单元检测到探头的断开连接之后恢复该初始设置。因此，由于也被标记为初始设置的示波器的先前设置被暂时存储(特别是被缓存)使得其可以之后被取回以用于执行意图的测量，所以在探头补偿之后用户不必复位其示波器。相应地，一旦无源探头与示波器的探头连接器断开连接(因为这指示探头补偿模式完成)，则相对于该设置以其先前模式来设置示波器。由检测单元以适当方式来感测该断开连接，其中，可以以机械的、电的或光学的方式来进行该检测。

根据另一方面，关于在示波器的时钟执行触发。因此，生成的补偿信号可以具有与示波器的时钟频率有关的频率。因为自动地检测待补偿的无源探头与哪个输入通道相连接是相当繁琐的，所以示波器的系统时钟上的触发简化了这种检测。这可以被简化，因为示波器内部地生成补偿信号使得该补偿信号被锁相至内部时钟。相应地，提供了补偿信号的先验知识，特别是关于其形状和/或相位。设置关于时钟的示波器触发而不是测量到的信号导致了仅在处理该生成的补偿信号的输入通道处静态显示的信号。

一般地，可以通过在所有可能的通道上耦合的交流电流与直流电流之间切换来搜索生成的补偿信号，以便检测与无源探头相连接的示波器的输入通道。

而且，可以通过示波器自动地确定探头的分压器因数。因此，可以在探头补偿期间同时获取无源探头本身的参数。例如，可以以容易的方式而无需任何读出引脚来确定无源探头的此参数。

特别地，测量接收到的补偿信号的幅度以便确定探头的分压器因数。因此，可以获取分压器因数而无需额外努力，因为在探头补偿期间无源探头与示波器的探头连接器和若干输入通道中的一个相连接。

此外，本发明提供了包括如上面所描述的示波器和探头的测试和测量系统。探头与示波器的若干输入通道中的至少一个相连接。在补偿模式期间，无源探头也与示波器的探头连接器相连接，以便接收由补偿信号发生器生成的补偿信号。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明。在附图中，

-图1示出了根据本发明的测试和测量系统的示意性概览，

-图2以示意性图示出了图1的细节，以及

-图3示出了表示根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图所阐述的详细描述(其中相同的数字指代相同的元件)旨在作为所公开的主题的各种实施例的描述且并不旨在表示仅有的实施例。此公开中描述的每个实施例仅仅作为示例或说明来提供，并且不应该被被解释为比其他实施例更优选或更有利。本文所提供的说明性示例并不旨在是穷举性的或者将本发明的主题局限至所公开的精确形式。

在图1中，示出了测试和测量系统10，其包括彼此连接的示波器12和无源探头14。

在所示实施例中，示波器12具有被分配至四个输入通道18的四个输入16。由CH1、CH2、CH3和CH4标记输入通道18。无源探头14与第一输入通道18(CH1)相连接，使得由无源探头14感测到的信号被转发至示波器12的第一输入通道18。

示波器12包括尤其用于示出经由输入16接收到的信号的显示器19。

此外，示波器12具有补偿单元20，其被配置为支持探头14的调整，特别是稍后将描述的探头补偿。

示波器12(特别是补偿单元20)包括补偿信号发生器22、检测单元24以及探头连接器26。

如图1中所示，无源探头14经由其尖端28和接地线30而与探头连接器26相连接。

探头连接器26包括两个端子32、34，在所示实施例中由两个接线柱建立。可替选地，可以由钩状物、环和插座中的至少一个来建立端子32、34。因此，不同连接手段可以被提供用于由无源探头14(特别是其尖端28和接地线30)接触探头连接器26。

如图2中所示，接地线30经由被提供在接地线30的端部处的鳄鱼夹而与探头连接器26(特别是第一端子32)相连接。

一般而言，示波器12(特别是补偿单元20)被配置为至少促进无源探头14的补偿，而在所选择的输入16处的示波器12的输入容量通过以适当方式设置示波器12而被容易地调整。对于调整设置而言，示波器12包括处理和控制单元36，其如图1中所示与补偿单元20相连接。

检测单元24检测无源探头14是否与探头连接器26相连接。因此，检测单元24可以包括机械装置，以便以机械的方式检测该连接。可替选地或者作为补充，检测单元24可以包括电开关，其在无源探头14与探头连接器26相连接时被激活，使得发起被适当处理的电信号。而且，检测单元24可以包括传感器，诸如压力传感器、光学传感器或阻抗传感器。例如，检查探头连接器26处的阻抗，其中，在一旦探头14与探头连接器26相连接阻抗增大时给出阈值。

相应地，检测单元24被配置为以机械的、电的或光学的方式检测无源探头14的连接。

一旦检测单元24检测到探头连接器14与探头连接器26相连接，检测单元24就激活补偿信号发生器22以生成被转发至探头连接器26的补偿信号。生成的补偿信号被转发至探头连接器，以便由探头14(特别是其尖端28)感测。相应地，补偿信号发生器22在测量期间不必持续生成信号(其可能造成干扰)。

补偿信号发生器22被配置为生成被施加至探头连接器26的周期性信号，诸如矩形信号或正弦信号。

此类信号被示出在图3中，其示出了为执行探头补偿而由测试和测量系统10使用的方法的流程图。

在第一步骤中，检测单元24检测无源探头14是否与探头连接器26相连接。

倘若检测单元24检测到该连接，则检测单元24控制补偿信号发生器22生成补偿信号。在图3的所示实施例中，补偿信号是具有1V的幅度和10ms的周期的矩形信号。

然后，示波器12的当前设置被存储在存储器38中，存储器38与处理和控制单元36连接。示波器12的设置可以是如下：10V/div、1ns/div、20V偏移量、在通道1上触发和/或触发电平-30V。

示波器12的这些当前设置(也被称为初始设置)被自动地保存在存储器38中(特别是被缓存)。

然后，示波器12的设置被自动地调整。在这样做的同时，生成的补偿信号由探头14(特别是其尖端28)感测到并且被转发至第一输入通道18，其中，接收到的补偿信号由示波器12以典型的方式处理。这意味着接收到的补偿信号被显示在显示器19上。因此，示波器12的设置被调整为使得接收到的补偿信号可以被适当地显示。

而且，出于比较目的也可以将生成的补偿信号显示在显示器19上，使得用户能够在视觉上比较两个信号。

在图3中，示出了在输入16处接收到的补偿信号，其中，探头补偿尚未发生。变得显然的是，接收到的补偿信号在形状方面背离所生成的补偿信号。

探头补偿发生以便就示波器12的输入容量来微调(trim)探头14。可以通过手动调整无源探头14的微调器(例如通过使用诸如螺丝刀的调整工具)来进行探头补偿。调整工具与探头14的调整构件(例如螺钉)相互作用。例如，探头补偿模板被示出在显示器19上，其提供如何正确地微调探头14的建议。例如，指导、警告消息和/或调整向导被示出在显示器19上，以用于支持用户。

可替选地，通过经由示波器12来控制探头14(特别是微调器)而自动地进行探头14的调整。因此，由探头14转发并处理自动调整探头16的控制信号。

在任何情况下，探头14的调整发生直到被转发至第一输入通道18的信号的迹线(即接收到的补偿信号)相对于生成的补偿信号是在公差区域内。例如，2％的偏差是可接受的。公差区域可以作为一种预设(也被称为默认设置)而由用户或者由制造商设置。该设置可以被用户适当地调整。

一旦迹线达到公差区域，则可以在探头补偿模板中提供指示探头补偿是成功的消息。

在已经执行探头补偿之后，探头14可以被断开连接，这被检测单元24感测到。然后，从存储器38重新加载或恢复示波器12的先前设置。由如上面提到的探头14的断开连接来触发此重新加载步骤。

因此，检测单元24控制处理和控制单元36，使得从存储器38取回示波器12的初始设置。

自动地进行此重新加载，使得在探头补偿之后用户不必手动地设置示波器12。一般地，示波器12的所有设置被自动地调整。

相应地，切换探头14以用于不同测量并不造成示波器12的手动复位，这由于节省时间而得到更高效的测量。

而且，在探头补偿期间可以由示波器12自动地确定无源探头14的分压器因数，这是因为可以测量接收到的补偿信号的幅度以便确定分压器因数。将在输入通道18处接收到的信号的幅度与生成的补偿信号进行比较，使得可以容易地确定分压器因数。

此外，关于示波器12的时钟执行触发，使得检测被自动连接至无源探头14的输入通道18是可能的。这在生成的补偿信号关于形状和相位已知时是可能的，因为生成的补偿信号相对于时钟而被锁相(先验知识)。

相应地，提供了示波器12、测试和测量系统10以及方法，其使能探头补偿之后被测设备的高效探头补偿和测量。

Claims

1.一种示波器(12)，包括：

被配置为生成补偿信号的补偿信号发生器(22)，

被配置为与无源探头(14)相连接的探头连接器(26)以及

被配置为检测所述无源探头(14)是否与所述探头连接器(26)相连接的检测单元(24)。

2.根据权利要求1所述的示波器(12)，其中，所述补偿信号发生器(22)被配置为生成周期性信号，特别是矩形信号和正弦信号中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的示波器(12)，其中，所述探头连接器(26)包括两个端子(28)，特别是其中，所述端子(28)中的至少一个由接线柱、钩状物、环和插座中的至少一个建立。

4.根据前述权利要求中的任意一项所述的示波器(12)，其中，所述检测单元(24)包括机械装置、传感器和电开关中的至少一个。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的示波器(12)，其中，所述检测单元(24)和所述补偿信号发生器(22)彼此电连接，特别是其中，所述检测单元(24)被配置为控制所述补偿信号发生器(22)。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的示波器(12)，其中，所述示波器(12)被配置为自动地确定与所述探头连接器(26)相连接的所述探头(14)的分压器因数。

7.根据前述权利要求中的任意一项所述的示波器(12)，其中，提供显示器(19)，其被配置为在探头补偿模式中显示探头补偿模板。

8.一种测试和测量系统(10)，其包括探头(14)和根据前述权利要求中的任意一项所述的示波器(12)。

9.一种用于补偿无源探头(14)的方法，具有以下步骤：

-检测与示波器(12)相连接的无源探头(14)，

-如果检测到无源探头(14)，则启动探头补偿模式，以及

-在所述探头补偿模式中调整所述示波器(12)的至少一个设置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述设置是活动通道、禁用的通道、水平缩放比例、垂直缩放比例、偏移量、位置、触发源、触发电平和求平均值中的至少一个。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述设置被自动地调整。

12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的方法，其中，在所述调整步骤之前存储所述示波器(12)的初始设置，其中，所述初始设置在检测单元(24)检测到所述探头(14)断开连接之后被恢复。

13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的方法，其中，关于所述示波器(12)的时钟执行触发。

14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的方法，其中，由所述示波器(12)自动地确定所述探头(14)的分压器因数。

15.根据权利要求9至14中的任意一项所述的方法，其中，测量接收到的补偿信号的幅度，以便确定所述探头(14)的所述分压器因数。