CN113273088A - 用于在降低干扰的同时传送信号的电气连接 - Google Patents

Abstract

描述了包括一个或多个信号源(6)的装置(2)。该装置(2)还包括具有至少第一输入(+V_in)和第二输入(‑V_in)的测量前端(7)。该装置(2)还包括基本为平面的连接器(1)，其具有在第一端(1a)和第二端(1b)之间的长度(L)并且支撑横跨在第一端(1a)和第二端(1b)之间的多个导体(3)。在第一端(1a)和第二端(1b)之间的每个点处，导体(3)在基本为平面的连接器(1)内基本上彼此等间距。导体(3)包括将信号源(6)连接到第一输入(+V_in)的至少一个信号导体(8)。导体(3)还包括连接到一个或多个信号源(6)的至少两个另外的导体(10、11)。两个另外的导体(10、11)中的一个或两个也连接到所述第二输入(‑V_in)。至少一个信号导体(8)和至少两个另外的导体(10、11)中的每一个属于一个或多个闭合回路。所述一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀的时变外部磁场被施加到所述装置，在第一输入(+V_in)处感应出的第一不需要的电动势将基本等于在第二输入(‑V_in)处感应出的第二不需要的电动势。

Description

用于在降低干扰的同时传送信号的电气连接

技术领域

本发明涉及用于在降低或消除来自时变电磁场的干扰的同时传送信号的连接器。

背景技术

在许多应用中，期望或要求在最小化干扰对被传达信号的影响的同时将小信号从一个点传达到另一个点。干扰有时可以被视为包括磁性和静电分量。这类应用的一个示例是电表，在电表中，通常可能要求电流感测元件在宽动态范围(1000:1电流)内以高精度(<0.2％)工作。期望从电流感测元件检测到的最小信号可能非常小(例如，1μV量级)。例如，信号可能很小，因为传感器可能是具有低电阻的分流器，以最小化电压降以及由此产生的热量，或者最小化dI/dt型传感器上的所需匝数。这些灵敏度级别可能要求在线路频率(例如，市电频率)下干扰级别为10nV量级，以便在测量的低电流端处提供所需的精度。电表被部署为紧邻一个或多个导体，例如直接或间接地连接到电表以及电表中可能相邻的母线的电缆。另外，在某些情况下，可能存在未被电表监测到的额外的电流载送导体。例如，公寓/公寓住宅的电源的电表可能紧邻同一建筑物中的其他公寓/公寓住宅的电表和电源来安装。在这种安装和类似的安装中，在附近存在在线路频率下承载大量电流的导体(其产生显著的潜在干扰磁场)以及相间线路电压(其产生显著的潜在干扰电场)的情况下，电表必须仍然准确。因此，需要既抑制(reject)由时变磁场感应的电动势(EMF)，又抑制容性耦合电位的良好性能。

用于降低来自外部电场和时变磁场的干扰的方法包括使用绞合或编织在一起的连接线(wire)、同轴电缆和星绞电缆。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种包括一个或多个信号源的装置。该装置还包括具有至少第一输入和第二输入的测量前端。该装置还包括基本为平面的连接器，该连接器具有在第一端和第二端之间的长度并且支撑横跨(span)在第一端和第二端之间的多个导体。在第一端和第二端之间的每个点处，导体在基本为平面的连接器内基本上彼此等间距。导体包括将信号源连接到第一输入的至少一个信号导体。导体还包括连接到一个或多个信号源的至少两个另外的导体。两个另外的导体中的一个或两个也连接到第二输入。至少一个信号导体和至少两个另外的导体中的每一个属于一个或多个闭合回路。一个或多个闭合回路具有如下的面积(area)和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀的时变外部磁场施加到装置，在第一输入处感应出的第一不需要(unwanted)的电动势将基本等于在第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

至少一个信号导体可以将信号源直接或间接地连接到第一输入。至少两个另外的导体可以直接或间接地连接到一个或多个信号源。两个另外的导体中的一个或两个可以直接或间接地连接到第二输入。基本为平面可以意味着基本为平面的连接器在第一非平行方向和第二非平行方向上的范围(长度、宽度)至少是基本为平面的连接器的厚度的五倍。基本为平面的连接器可以采用扁平柔性电缆(FFC)、带状电缆、支撑导体的柔性或刚性基板的形式。基本为平面的连接器即使在被弯曲、折叠、变形或以其他方式在三个维度上规定路线(route)时也被认为保持基本平坦的。例如，FFC即使在被弯曲、折叠、扭绞(twist)、卷起或以其他方式构造时，也基本上是成平面的，使得将任意两点连接在一起的FFC是基本为平面的连接器。

当被放置在平坦的水平表面上时，基本为平面的连接器的导体都可以位于公共平面的垂直距离内，该公共平面的垂直距离小于或等于0.5毫米、小于或等于0.1毫米、小于或等于0.05毫米或者小于或等于0.01毫米。

如果任何成对的相邻导体之间的间隔小于导体之间的平均间距的15％、小于平均间距的10％、小于平均间距的5％、或者小于平均间距的1％，则导体可以是彼此之间基本等间距的。

第一不需要的电动势和第二不需要的电动势可以对应于除了一个或多个信号源之外的所产生的感应电位(induced potential)。除非被抵消，否则这样的附加感应电位可能表现为叠加在信号源上的噪声或错误信号。换句话说，第一不需要的电动势和第二不需要的电动势可能对应于主要由基本为平面的连接器的导体和/或导体与(一个或多个)信号源和/或第一输入和第二输入之间的连接导致的感应电位。当第一不需要的电动势和第二不需要的电动势之间的差小于第一不需要的电动势和第二不需要的电动势中的较大者的15％、10％、8％、5％、1％或0.5％时，第一不需要的电动势可以基本上等于第二不需要的电动势。

测量前端可以在第一输入和第二输入之间执行差分测量(differentialmeasurement)。这样，基本相等的第一不需要的电动势和第二不需要的电动势可以表现为被测量前端的差分测量抑制的共模电位。

除了至少一个信号导体和至少两个另外的导体之外的一个或多个导体可以用于传输不是源自一个或多个信号源的一个或多个数字和/或模拟信号。

该装置和/或基本为平面的连接器还可以包括静电屏蔽层，其被配置为屏蔽至少一个信号导体和至少两个另外的导体以便避免耦合到源于该基本为平面的连接器外部的电场。

静电屏蔽层可以被配置为屏蔽多个导体以避免耦合到源于该基本为平面的连接器外部的电场。静电屏蔽层可以使用多个导体中的一个而接地。静电屏蔽层可以使用至少两个另外的导体中的一个而接地。

基本为平面的连接器的至少一部分可以是柔性的。

基本为平面的连接器可以采用柔性扁平电缆(FFC)的形式。基本为平面的连接器可以采用带状电缆的形式。基本为平面的连接器可以采用支撑在刚性或柔性基板上的多个轨道(track)的形式。基本为平面的连接器可以采用夹在成对的刚性或柔性基板之间的多个轨道的形式。

至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以至少部分地限定两个或更多个闭合回路，其中，所述闭合回路中的至少一个包括信号源中的一个。

一个或多个闭合回路中的至少一个闭合回路可以自身交叉以形成两个或更多个子回路。

自身交叉的闭合回路在几何和/或拓扑上进行交叉，但并不在电气上交叉。换句话说，自身交叉的闭合回路不会在交叉处短路。一个或多个子回路的方向可以与一个或多个其他子回路的方向不同。至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以形成单个闭合回路，该闭合回路自身交叉以形成具有基本相等的面积和相反的方向的两个子回路。当在闭合回路或子回路中响应于均匀的时变磁场而感应出的电动势将具有相反的符号时，那些闭合回路或子回路可以具有相反的方向。

该装置还可包括一个或多个电阻，每个电阻与至少一个信号导体和至少两个另外的导体中的一个串联连接。一个或多个电阻中的每个电阻可以被配置为调节包括该电阻的对应的一个或多个闭合回路的相对阻抗。

一个或多个电阻的电阻可以大于对应导体的电阻。

一个或多个闭合回路可以具有下面这样的面积和阻抗：该面积和阻抗被进一步配置为使得响应于具有均匀空间梯度的时变外部磁场施加到装置，在第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

一个或多个回路可以具有下面这样的面积和阻抗：该面积和阻抗被进一步配置为使得响应于具有随空间坐标成二次方(quadratically)变化的幅度的二次(空间梯度)时变外部磁场施加到装置，在第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

多个导体中的将至少一个信号导体和至少两个另外的导体括起来(bracket)的一个或多个导体可以被连接到地电位或参考电位。

当基本为平面的连接器被扭绞、折叠、弯曲和/或以其他方式变形时，可以保持电动势的抵消(cancellation)。

一个或多个闭合回路可以包括不包括任何信号源的至少一个闭合回路。

一个或多个信号源可以包括至少一个电流传感器。

一个或多个信号源可以包括至少一个麦克风。

一个或多个信号源可包括至少一个超声换能器。

一个或多个信号源可包括至少一个拾波(pick-up)线圈。

信号源可以是数字电路或模拟电路的信号输出。信号源可以是数字信号输出。信号源可以是模拟信号输出。

一个或多个信号源可以包括具有第一端子和第二端子的信号源。至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以包括将第一输入连接到第一端子的第一信号导体。至少一个信号导体和至少两个另外的导体还可以包括第二信号导体和第三信号导体，这两者均将第二输入连接到第二端子。第一信号导体可以在第二信号导体和第三信号导体之间。

第一输入可以直接或间接地连接到地电位或参考电位。第二输入可以直接或间接地连接到地电位或参考电位。

至少一个信号导体和至少两个另外的导体还可以包括将第一输入连接到第一端子的第四信号导体。第四信号导体可以被布置在第二信号导体和第三信号导体之间。第四信号导体可以将第一输入直接或间接地连接到第一端子。

一个或多个信号源可以包括第一平衡信号源和第二平衡信号源，第一平衡信号源和第二平衡信号源中的每个平衡信号源均具有正端子和负端子。至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以包括：第五信号导体，其将第一输入连接到第一平衡信号源的正端子；第六信号导体，其将第一平衡信号源的负端子连接到地电位或参考电位；第七信号导体，其将第二输入连接到第二平衡信号源的负端子；以及第八信号导体，其将第二平衡信号源的正端子连接到地电位或参考电位。第五信号导体至第八信号导体可以属于单个交叉的闭合回路。

第五信号导体可以将第一输入直接或间接地连接到第一平衡信号源的正端子。第六信号导体可以将第一平衡信号源的负端子直接或间接地连接到地电位或参考电位。第七信号导体可以将第二输入直接或间接地连接到第二平衡信号源的负端子。第八信号导体可以将第二平衡信号源的正端子直接或间接地连接到地电位或参考电位。

一个或多个信号源可以包括具有正端子和负端子的第一信号源。至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以包括：连接到正端子的第九信号导体和第十信号导体，以及连接到负端子的第十一信号导体和第十二信号导体。第九信号导体和第十信号导体可以与第十一信号导体和第十二信号导体交错(interleaved)。第一权重可以被应用于来自第九信号导体和第十一信号导体的信号，并且第二权重可以被应用于来自第十信号导体和第十二信号导体的信号。

第九信号导体可以直接或间接地连接到正端子。第十信号导体可以直接或间接地连接到正端子。第十一信号导体可以直接或间接地连接到负端子。第十二信号导体可以直接或间接地连接到负端子。

第十信号导体可以在第十一信号导体和第十二信号导体之间。第十一信号导体可以在第九信号导体和第十信号导体之间。

第九信号导体和第十信号导体可以连接到第一输入。第十一信号导体和第十二信号导体可以连接到第二输入。第一权重和第二权重可以使用连接在信号导体和相应的输入之间的电阻来施加。

第一输入和第二输入可以对应于第一输出。测量前端还可以包括与第二输出相对应的第三输入和第四输入。第九信号导体可以连接到第一输入。第十一信号导体可以连接到第二输入。第十信号导体可以连接到第三输入。第十二信号导体可以连接到第四输入。该装置可以被配置为使用相应的第一权重和第二权重来计算第一输出和第二输出的加权和。

第九信号导体可以直接或间接地连接到第一输入。第十一信号导体可以直接或间接地连接到第二输入。第十信号导体可以直接或间接地连接到第三输入。第十二信号导体可以直接或间接地连接到第四输入。

该装置还可以包括应用于基本为平面的连接器的外部的一个或多个绝缘层，以提供附加的隔离和刚性。(一个或多个)绝缘层可以包括热收缩材料或采用热收缩材料的形式。基本为平面的连接器可以在安装到装置中之前预先形成或弯曲。

该装置可以被配置为将基本为平面的连接器的路线规定为远离时变磁场的任何预期区域。该装置可以被配置为将基本为平面的连接器基本保持在单个平面内，换句话说，以使装置中基本为平面的连接器的平坦度最大化。基本为平面的连接器在装置内的规定路线可以使用该装置的几何特征或结构(例如，壳体或电缆导管(cable guide))来限定。可以设置合适的夹具、扎带(ties)或其他紧固装置，以便将基本为平面的连接器相对于装置固定在适当的位置。

根据本发明的第二方面，提供了根据第一方面的装置用于获得信号源的测量结果的用途。

根据本发明的第三方面，提供了一种装置，该装置包括具有第一端子和第二端子的信号源，以及具有第一输入和第二输入的信号接收器或负载。该装置还包括基本为平面的连接器，该基本为平面的连接器具有在第一端和第二端之间的长度并且支撑横跨在第一端和第二端之间的多个导体。在第一端和第二端之间的每个点处，导体在基本为平面的连接器内基本上彼此等间距。导体包括将第一端子连接到第一输入的第一信号导体。导体还包括第二信号导体和第三信号导体，这两者均将第二端子连接到第二输入。第一信号导体、第二信号导体和第三信号导体中的每一个都属于一个或多个闭合回路。一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀的时变外部磁场施加到装置，在第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本等于在第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

第一信号导体可以将第一端子直接或间接地连接到第一输入。第二信号导体可以将第二端子直接或间接地连接到第二输入。第三信号导体可以将第二端子直接或间接地连接到第二输入。

当信号从信号源传输到信号接收器时，响应于外部时变磁场而感应出的电动势的平衡对应于由第一信号导体、第二信号导体和第三信号导体产生的时变磁场的平衡。以这种方式，可以减小来自基本为平面的连接器的磁辐射。

除第一信号导体、第二信号导体和第三信号导体以外的一个或多个导体可以被用于传输不是源自信号源的一个或多个数字信号和/或模拟信号，和/或被用于将一个或多个信号源连接到测量前端，如关于第一方面所描述的。

根据第二方面的装置可以包括与本发明的第一方面的任何特征相对应的特征。

根据本发明的第四方面，提供了一种基本为平面的连接器，该基本为平面的连接器具有在第一端和第二端之间的长度并且支撑横跨在第一端和第二端之间的多个导体。在第一端和第二端之间的每个点处，导体在基本为平面的连接器内基本上彼此等间距。第一端区域对应于从第一端延伸长度的10％的区域。第二端区域对应于从第二端延伸长度的10％的区域。至少成对的导体在第一端区域和第二端区域中的一个或两个内电连接。

基本为平面的连接器可以包括与本发明的第一方面和/或第二方面的任何特征相对应的特征。

至少一对导体可以在第一端和第二端中的一个或两个处电连接。

基本为平面的连接器可以包括扁平柔性电缆、带状电缆或柔性印刷电路基板，或者采用扁平柔性电缆、带状电缆或柔性印刷电路基板的形式。

根据本发明的第五方面，提供了三个或更多个导体用于沿着扁平柔性电缆传送电信号的用途。

测得的电信号可以不受来自电缆通过的均匀交流(AC)磁场的干扰。

测得的电信号也可以不受线性梯度场的影响。

测得的电信号也可以不受二次梯度场的影响。

测得的电信号也可以不受来自电缆通过的均匀交流(AC)电场的干扰。

在典型的电缆绞合情况下可以保持抗扰性。

导电回路可以由电缆形成，不包括信号源。

多个模数转换器(ADC)通道可以被用于测量来自同一源的信号。

电阻分压器可以被用于重新获得(recover)信号。

短路导体可以被用于从电缆中的电磁干扰中恢复信号。

信号源可以是电流传感器。

信号源可以是麦克风。

信号源可以是超声换能器。

本文描述的各方面可以在采用柔性扁平电缆(FFC)的任何应用中使用。本文描述的各方面可以在采用同轴电缆的任何应用中使用。本文描述的各方面可以在采用电缆束(cable loom)的任何应用中使用。本文描述的各方面可以在采用绞合线和/或绞合电缆的任何应用中使用。本文描述的各方面可以在要求传送敏感信号的同时还涉及产生强磁场环境的设备和/或系统或位于强磁场环境中的设备和/或系统的任何应用中使用。

本文描述的各方面可在笔记本电脑、磁共振成像(MRI)设备、融合设备、紧邻马达而定位的、位于电表中的、位于开关或继电器中的、位于质谱仪设备中的、位于电子显微镜中的、位于粒子加速器中的、位于实验室设备中的传感器等等中使用。本文描述的各方面可以在诸如扬声器、扩音器、麦克风、调音台、乐器等的音频设备中使用。

许多传感器产生需要连接到系统内的电子设备的低电平信号。此类信号需要保护以免受磁干扰和静电干扰的破坏，尤其是在其到达初始调节电子设备的途中。诸如扁平柔性电缆(例如，FFC)等线性型连接器是目前非常普遍的低成本部件。本文描述的各方面体现了用于使用这些标准连接器型来在对磁干扰和静电干扰进行优异抑制的情况下，在不同地方之间传送信号的技术。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的某些实施例，其中：

图1示意性地示出了包括导体阵列的基本为平面的连接器；

图2示意性地示出了第一装置；

图3是两导体连接的等效电路；

图4是图2中所示的第一装置的等效电路；

图5示意性地示出了第二装置；

图6示意性地示出了第三装置；

图7示意性地示出了第四装置；

图8示意性地示出了第五装置；

图9示意性地示出了第六装置；

图10示意性地示出了第七装置；

图11示意性地示出了第八装置；

图12示意性地示出了第九装置；

图13示意性地示出了第十装置；

图14示意性地示出了第十一装置；

图15是通过被用在第一装置至第十一装置中的静电屏蔽的基本为平面的连接器的截面图。

图16示意性地示出了处于扁平柔性电缆形式的基本为平面的连接器的扭绞；

图17是支撑在基板上的处于导电轨道形式的基本为平面的连接器的投影视图；

图18是用于评估基本为平面的连接器和同轴电缆的磁性能的装置的平面图；

图19是沿图18中标记为K-K’的线的截面图；

图20呈现了从空间均匀的时变磁场获得的实验数据；

图21呈现了从具有空间梯度的时变磁场获得的实验数据；

图22示意性地示出了包括导体阵列的基本为平面的连接器的一部分，该导体阵列包括纽结(kink)；

图23示意性地示出了包括导体阵列的基本为平面的连接器的一部分，该导体阵列包括拐角(corner)；以及

图24示意性地示出了处于包括折叠的扁平柔性电缆(FFC)形式的基本为平面的连接器。

具体实施方式

本说明书涉及用于将信号源连接到测量前端以便允许对(一个或多个)信号源进行测量(在该信号源中，来自时变磁场的干扰被降低或消除)的装置的领域。根据本说明书的许多示例还具有或者也可以具有降低或消除的来自电场的干扰。

在某些情况下，需要良好地抑制来自磁场和电场的干扰的应用可能涉及高容量部件。回到电表(其为高容量部件)的示例，优选地使用低成本、直接的组件和制造技术来提供这种干扰性能。

控制磁耦合的一种方法是在同一印刷电路板(PCB)上将信号源和对应的测量电子设备支撑为紧挨在一起。但是，有时这是不可能的，并且需要有线/电缆连接。这通常可以使用绞合线(例如，双绞线)来实现。由于绞合的不完善或不均匀，绞合线的使用可能在不同方向上引起净面积的显著不确定性。不确定性的附加的来源在于各个部件之间相对于从绞合线到电路板或中间连接器的端接(termination)的差异。通常，可能需要将信号源连接到测量电子设备，这些测量电子设备可能位于不同的平面中和/或相对于信号源处于任何取向。

绞合线束的替代方案包括同轴电缆、星绞电缆等。然而，这样的电缆具有复杂的结构，除了相对笨重之外，还使得它们的生产和连接成本很高。另外，同轴电缆、星绞电缆等不能随着所需连接的数量而很好地缩放，因为每个附加信号都可能需要附加的笨重电缆。

本说明书涉及用于测量信号源的装置，该装置使用可以是柔性或刚性的导体阵列来获得磁干扰的显著降低。尽管使用阵列的成对的导体以常规方式将信号源连接到测量前端将不会提供任何优势，但发明人已经认识到，使用更多数量的导体(即，三个或更多个)(与常规的双导体连接相比)，导体阵列可以被配置为允许在显著减小的来自时变磁场的干扰的情况下通过测量前端来测量来自信号源的信号。另外，本文所述的任何示例都可以被配置为例如使用静电屏蔽的基本为平面的连接器46(图15)来减小来自电场的干扰。

尽管同轴电缆通常被视为针对电信号的高完整性传输的“黄金标准”，但是发明人惊奇地发现，根据本说明书配置的示例可以匹配或甚至胜过用于在均匀时变磁场(图20)以及甚至具有空间梯度的时变磁场(图21)中的抗扰性的同轴电缆。

尽管本说明书的教导可应用于上述电表的示例，但是它们不限于这类应用。一般而言，本说明书的教导可以在包括但不限于笔记本电脑、磁共振成像(MRI)设备、融合设备、紧邻马达而定位的、位于电表中的、位于开关或继电器中的、位于质谱仪设备中的、位于电子显微镜中的、位于粒子加速器中的、位于实验室设备中的传感器等等的装置中使用。本说明书的教导还可以在诸如扬声器、扩音器、麦克风、调音台、乐器等的音频设备中使用。

参照图1，示出了基本为平面的连接器1。

基本为平面的连接器1(为简洁起见，在下文中也称为“平面连接器1”)在第一端1a和第二端1b之间延伸长度L，并包括多个导体3。每个导体3横跨在第一端1a和第二端1b之间。导体3被支撑为使得在第一端1a和第二端1b之间的每个点处，导体在平面连接器1内基本上彼此等间距。换句话说，导体3在平面连接器1的局部参考系内形成阵列。尽管在图1中示出为线性的，但如果平面连接器1是柔性的并且变形的、扭绞的等，则阵列可能偏离线性。然而，不管平面连接器1如何弯曲、扭绞和/或变形等等，与任何给定导体3相邻的一个或两个导体3的恒等性(identity)在沿着长度L的任何点处都保持相同。在图1所示的示例中，导体3嵌入绝缘材料4中。但是，只要防止导体3在平面连接器1内显著改变它们彼此之间的相对距离(例如，超过10％)，那么支撑的方式就不是至关重要的，并且在其他示例中，导体3可以被支撑在基板5上(图17)，或通过任何其他合适的支撑方式被支撑。

优选地，平面连接器1沿着长度L的至少一部分是柔性的，并且允许弯曲和/或扭绞，以便使得易于在广泛的各种应用和几何形状中使用连接器1。柔性平面连接器1的示例包括但不限于柔性扁平电缆(FFC)、带状电缆、图案化在柔性印刷电路(FPC)基板上的导电轨道等。但是，在某些应用中，平面连接器1可以是刚性的，例如，绝缘材料4可以浇铸在导体3周围并允许绝缘材料4被硬化，或者导电轨道可以被图案化在刚性基板上(例如，常规的印刷电路板，PCB)，或作为多层PCB的内部导电层。

尽管在图1中通过圆形截面绘制，但是导体3通常可以具有其他截面形状，例如矩形。

还参考图2，示出了第一装置2。

装置2包括信号源6、测量前端7和平面连接器1。信号源6可以采用任何模拟或数字信号源的形式，包括但不限于电流传感器(例如，霍尔传感器、互感传感器等)、麦克风、光电探测器、超声换能器、拾波线圈、集成电路的数字或模拟输出等。

测量前端7包括用于每个信号的第一输入+V_in和第二输入-V_in。有效输入阻抗R_meas将第一输入+V_in和第二输入-V_in连接起来，并且优选地，该有效输入阻抗R_meas是大的(当用于电压测量、电流测量时，磁干扰通常是较小的问题)，例如大于10kΩ、大于100kΩ、大于1MΩ或大于10MΩ。通常，测量前端7可以包括更多数量的输入，例如，对应于需要测量前端7测量的每个信号源6的至少一个输入。

第一输入+V_in和第二输入-V_in可以被用于在输入之间进行差分测量。替代地，第二输入-V_in可以被连接到地(或另一个参考电位)以近似于单端测量。

平面连接器1包括多个导体3，其包括将信号源6的第一端子9连接到测量前端7的第一输入+V_in的第一信号导体8。通常，平面连接器1还包括至少两个另外的导体3，其用于将信号源6连接到测量前端7。在第一装置2的示例中，第二信号导体10和第三信号导体11各自将信号源6的第二端子12连接到测量前端7的第二输入-V_in。在平面连接器1内的导体3的阵列中，第二信号导体10和第三信号导体11将第一信号导体8括起来。优选地，尽管不是必须地，第二信号导体10和第三信号导体11与导体阵列3内的第一信号导体8相邻。

导体3的端接类型并不是至关重要的，尽管如在下文中所讨论的，应当考虑对回路面积和到信号源6和/或测量前端7的连接的阻抗的贡献。导体3可以以任何合适的方式(例如，焊接、压接、端子连接器(例如，FFC端头(header))、即插即用装置等等)连接到信号源6和/或测量前端7。例如，如果平面连接器1是扁平柔性电缆(FFC)，则到信号源6和/或测量前端7的连接可以包括FFC端头。

通常，信号源6和测量前端7可以位于不同的平面中并且相对于彼此处于任何取向，并且仍然可以使用平面连接器1来连接。例如，在平面连接器1的第一端和第二端处的导体3不需要是共面的，或位于平行平面中。在不会改变连接器1基本为平面的事实(例如，在平面连接器1的局部参考系内)的情况下，平面连接器1在连接信号源6和测量前端7时所采用的路径可以包括弯曲、扭绞等。

可选地，平面连接器1可以包括另外的导体3、13，其可以被用于连接到其他信号源6，和/或被用于一个或多个数字和/或模拟信号的更常规的传输。以这种方式，平面连接器1可以在一个或多个信号源6与测量前端7之间并入高抗磁性连接，在两个电气装置之间散布更常规的连接。尽管这不是优选的，但是一个或多个另外的导体3、13可以被散布在第一信号导体8与第二信号导体10和第三信号导体11之间，并且第一信号导体8与第二信号导体10之间的间距以及第一信号导体8与第三信号导体11之间的间距应始终近似相等。

除了至少一个信号导体和至少两个另外的导体之外的一个或多个另外的导体3、13可以被用于传输一个或多个数字和/或模拟信号。

第一信号导体8、第二信号导体10和第三信号导体11形成三个闭合回路(为清楚起见，参考标号A1至C2进行描述)：

1.A1-A2-C2-C1-A1。该第一闭合回路不包括信号源6或输入阻抗R_meas。

2.A1-A2-S-B2-B1-R_meas-A1。该第二闭合回路包括信号源6和输入阻抗R_meas。

3.C1-C2-S-B2-B1-R_meas-C1。该第三闭合回路也包括信号源6和输入阻抗R_meas。

这些第一闭合回路、第二闭合回路和第三闭合回路具有匹配的面积和阻抗，使得响应于均匀的时变外部磁场施加到装置2，在第一输入+V_in处感应出的第一不需要的电动势+V_emf将基本上等于在第二输入-V_in处感应出的第二不需要的电动势-V_emf，换句话说+V_emf≈-V_emf。第一不需要的电动势+V_emf和第二不需要的电动势-V_emf对应于除了与信号源6相对应的期望信号V_s之外还产生的感应电位。除非被抵消或以其他方式被考虑，否则这些不需要的电动势+V_emf、-V_emf将表现为叠加在来自信号源6的电位V_s上的噪声或错误信号。

第一不需要的电动势+V_emf和第二不需要的电动势-V_emf对应于主要由平面连接器1的导体3、8、10、11和/或导体3、8、10、11与信号源6和/或第一输入+V_in和第二输入-V_in之间的连接导致的感应电位。当第一不需要的电动势+V_emf和第二不需要的电动势-V_emf之间的差小于第一不需要的电动势+V_emf和第二不需要的电动势-V_emf中的较大者的20％、15％、10％、8％、5％、1％或0.5％时，第一不需要的电动势+V_emf可以被认为基本上等于第二不需要的电动势-V_emf。

闭合回路可以由平面连接器1的导体3、8、10、11所限定的区域来操控，但是，至少一个闭合回路将包括信号源6和输入阻抗R_meas。优选地，当对闭合回路进行平衡以补偿时变外部磁场的干扰时，导体3、8、10、11的端接以及导体3、8、10、11与(一个或多个)信号源6和/或测量前端7之间的连接的阻抗以及由导体3、8、10、11的端接以及导体3、8、10、11与(一个或多个)信号源6和/或测量前端7之间的连接所贡献的回路面积也应当被考虑。

还参考图3，示出了针对到信号源6的常规两导体连接的等效电路14。

还参考图4，示出了针对第一装置2的示例的等效电路15。

参考等效电路14、15，将说明使用第一装置2抵消(或至少减小)由于磁感应电动势(EMF)而引起的干扰。

在等效电路14的两导体3的情况下，第二输入-V_in连接到参考电位V_ref。在存在具有垂直于闭合回路A1-A2-S-B2-B1-R_meas-A1的分量的时变磁场的情况下，将感应出第一EMF₁，并且通常由于R_meas＞＞RL_A≈RL_B，EMF₁将表现为几乎完全跨输入+V_in、-V_in，使得跨输入+V_in、-V_in测得的信号将等于源6和感应电位EMF₁的和(即，V_s+EMF₁)。附加电压EMF₁表示与信号源6相对应的期望的信号V_s中的误差。

参照第一装置2的等效电路15，存在第一闭合回路(A1-A2-C2-C1-A1)，第二闭合回路(A1-A2-S-B2-B1-R_meas-A1)和第三闭合回路(C1-C2-S-B2-B1-R_meas-C1)。在存在具有垂直于该图的平面的分量的时变磁场的情况下，围绕第一闭合回路(A1-A2-C2-C1-A1)感应出第一EMF₁，围绕第二闭合回路(A1-A2-S-B2-B1-R_meas-A1)感应出第二EMF₂，并且围绕第三闭合回路(C1-C2-S-B2-B1-R_meas-C1)感应出第三EMF₃。

输入阻抗R_meas通常较高(对于电压测量)，并且相应的第二信号导体10、第一信号导体8和第三信号导体11的线路电阻RL_A、RL_B、RL_C彼此近似相等，同时显著小于输入阻抗R_meas，即，RL_A≈RL_B≈RL_C<<R_meas。因此，沿着第一信号导体8存在非常低或可忽略不计的电流I2≈0，并且第二感应电位EMF₁和第三感应电位EMF₃将主要表现为跨输入阻抗R_meas。第二感应电位EMF₁和第三感应电位EMF₃将具有相反的符号，并且由于导体8、10、11是等间距的(回路A1-A2-S-B2-B1-R_meas-A1和C1-C2-S-B2-B1-R_meas-C1链路近似相等的通量)，所以第二感应电位EMF₁和第三感应电位EMF₃将彼此近似抵消。假设在RL_A＝RL_C的情况下第一闭合回路(A1-A2-C2-C1-A1)被平衡，则即使在存在时变的空间均匀磁场的情况下，跨输入+V_in、-V_in测得的信号将始终是期望的信号V_s。换句话说，第二输入-V_in被钳位到参考电位V_ref，使得第二不需要的电动势必须为-V_emf＝0，同时闭合回路的阻抗和面积被平衡，以使得第一输入+V_in处的感应电位EMF₁、EMF₂、EMF₃的净效应为+V_emf≈0的净第一不需要的电动势。

相邻导体之间的间距通常是小的(例如，≤1mm或≤250μm)，因此，与导体3间距相比，具有较大空间变化的时变磁场的影响也可以大大减小。在实践中，时变磁场的某些影响可能保留，因为在实践中不可能实现完美的平衡RL_A＝RL_C，并且RL_A≈RL_C更现实，并且因为在实践中时变磁场通常不会完全均匀。

以此方式，通过使用形成在平面连接器1内被支撑的导体3的等间距阵列的一部分的三个导体8、10、11，可以实现信号V_s从信号源6到测量前端7的传输，同时提供对时变磁场干扰的均匀(远场)源几乎完全的抗扰性，并提高了对时变磁场干扰的空间变化(近场)源的抗扰性。在闭合回路(A1-A2-C2-C1-A1)周围产生循环电流，但是由于导体的布置，这不会导致第一输入+V_in和第二输入-V_in之间的测量结果中的净误差。

此外，第二装置2可以允许使用简单、广泛可用且廉价的线性型平面连接器(例如，平面柔性电缆(FFC)、带状电缆或图案化在柔性印刷电路(FPC)基板上的导体3)来获得这些优点。

使用FFC电缆可能特别有利，因为FFC电缆中的节距(pitch)(相邻导体3之间的间距)通常保持紧密公差。相邻导体3的中心到中心间距的典型差异可以好于1％，例如，节距为1mm时只有几微米。

第二装置2仅是使用平面连接器1的多个导体3中的三个的一个示例，该平面连接器1包括以等间距的阵列布置的多个导体。在一般情况下，平面连接器1可以被用于将一个、两个或更多个信号源6连接到具有至少一对输入+V_in、-V_in的测量前端7。在一般情况下，平面连接器1将包括将信号源6中的一个连接到测量前端7的输入+V_in、-V_in中的一个的至少一个信号导体3、以及连接到一个或多个信号源6的至少两个另外的导体3，其中，两个另外的导体中的一个或两个也连接到测量前端7的成对的输入+V_in、-V_in。至少一个信号导体3和至少两个另外的导体3将属于一个或多个闭合回路(一些闭合回路可以包括一个或多个信号源6，而其他闭合回路可能省略(一个或多个)任何信号源6)，并且如此形成的闭合回路应该具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀时变外部磁场施加到装置2，在第一输入+V_in处感应出的第一不需要的电动势+V_emf将基本上等于在第二输入-V_in处感应出的第二不需要的电动势-V_emf。

测量前端7在连接到至少一个信号导体3的第一输入+V_in与连接到作为至少两个另外的导体3中的一个的第二信号导体3的第二输入-V_in之间执行差分测量。以这种方式，基本上相等的第一不需要的电动势+V_emf和第二不需要的电动势-V_emf可以表现为共模电位+V_emf≈-V_emf＝V_cm，其可以通过测量前端7的差分测量而被抑制。

第一输入+V_in和第二输入-V_in中的一个可以连接到地，或连接到另一个参考电位V_ref，以便提供近似的单端测量。然而，真正的单端测量是行不通的，因为这将涉及经由公共接地电极的附加回路(其不穿过平面连接器1)，从而可能导致控制回路面积和阻抗变得不实际或不可能。

至少一个信号导体和至少两个另外的导体可以与一个或多个信号源6和测量前端7结合来形成少于三个的闭合回路(例如，两个闭合回路或单个闭合回路)。替代地，至少一个信号导体和至少两个另外的导体与一个或多个信号源6和测量前端7结合可以形成多于三个的闭合回路。至少一个闭合回路可以省略任何信号源6和/或输入阻抗R_meas。任何闭合回路可以自身交叉以形成两个或更多个子回路(扭绞的回路)，例如，单个交叉以形成具有8字形拓扑的两个子回路。自身交叉的闭合回路在几何和/或拓扑上如此交叉，但不电气交叉。换句话说，自身交叉的闭合回路不会在交叉处短路。闭合回路或子回路可以具有相反的方向，使得当响应于均匀时变磁场在那些闭合回路或子回路中感应出电动势(EMF)时，对应的EMF将具有相反的符号。

在一些示例中，一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗还被配置(例如，通过添加第四导体3和另外的导体3)为使得响应于具有均匀空间梯度的时变外部磁场或幅度随空间坐标成二次方变化的时变外部磁场施加到装置2，在第一输入+V_in处感应出的第一不需要的电动势+V_emf将基本上等于在第二输入-V_in处感应出的第二不需要的电动势-V_emf。

将相对于图5至图14描述这些原理的其他示例。

还参考图5，示出了第二装置16。

除了第一电阻R1和第二电阻R2分别与第二信号导体10和第三信号导体11串联连接之外，第二装置16与第一装置2相同。第二装置16包括三个闭合回路，这三个闭合回路与为第一装置2限定的那些闭合回路相同(除了添加了电阻R1、R2)。

在实践中，第二信号导体10和第三信号导体11的线路电阻RL_A、RL_C可能稍微不平衡，特别是当考虑到进出第二信号导体10和第三信号导体11的接触电阻时。由于在存在外部时变磁场的情况下任何不平衡都可能导致信号源6的测量中的误差，所以实际上应该使得沿第二信号导体10和第三信号导体11的电阻之间的比接近1：1(一致(unity))。通过添加与第二信号导体10和第三信号导体11串联的第一电阻R1和第二电阻R2(优选地，高容差)，可以减小第二信号导体10和第三信号导体11之间的任何差异的相对重要性。第一电阻R1和第二电阻R2不必很大，并且通常可以为1Ω的量级。这可以与在相邻导体3之间具有1mm节距的扁平柔性电缆(FFC)的30厘米长的导体3的小于约100mΩ的电阻进行比较。

可选地，第三电阻R3可以与第一信号导体8串联放置。第三电阻R3对避免具有较长长度L的平面连接器1中的第一信号导体8与并行的第二信号导体10和第三信号导体11之间的电阻的显著不匹配有作用。

在一般情况下，可以修改以下任何示例(从图6开始)，以包括与相应的导体3串联连接的一个或多个电阻，从而提高(通过调节阻抗)不同闭合回路和/或扭绞回路的子回路之间的平衡。通常，这样的电阻应该大于对应导体3的电阻(包括进/出导体3的接触电阻)。

还参考图6，示出了第三装置17。

除了第三装置17还包括将第一端子9连接到第一输入+V_in的第四信号导体18之外，第三装置17与第一装置2相同。第四信号导体18位于导体3的阵列内，与第一信号导体8相邻，并且在第二信号导体10和第三信号导体11之间。换句话说，第二信号导体10和第三信号导体11将第一信号导体8和第四信号导体18括起来。

类似于包括可选的第三电阻R3的第二装置16，第三装置17可以在到第一端子9和第二端子12的连接之间提供改善的阻抗平衡。而包括可选的第三电阻R3的第二装置16可以允许电阻的平衡，第三装置18能够改善第一信号导体8和第四信号导体18与第二信号导体10和第三信号导体11之间的阻抗(电阻、自感和电容)的平衡。

第一电阻R1和第二电阻R2可以以与第二装置16相同的方式分别被放置为与第二信号导体10和第三信号导体11串联。

第三装置17包括四个闭合回路：

1.A1-A2-D2-D1-A1

2.B1-B2-C2-C1-B1

3.A1-A2-S-B||C-R_meas-A1(符号B||C表示与C2-C1并行的B2-B1)

4.D1-A2-S-B||C-R_meas-D1(符号B||C表示与C2-C1并行的B2-B1)

可能会注意到，列表中的第二回路B1-B2-C2-C1-B1完全是内部的，因此对测量前端7没有影响。

还参考图7，示出了第四装置19。

第四装置19包括平面连接器1，该平面连接器1连接在成对平衡信号源20a、20b与具有第一输入+V_in和第二输入-V_in的测量前端7之间。成对的平衡信号源20a、20b的一个示例是dI/dt电流传感器中的成对的线圈。

第五信号导体21将第一输入+V_in连接到第一平衡信号源20a的正端子。第六信号导体22将第一平衡信号源20a的负端子接地或连接到参考电位V_ref。第七信号导体23将第二输入-V_in连接到第二平衡信号源20b的负端子。第八信号导体24将第二平衡信号源20b的正端子接地或连接到参考电位V_ref。

第六信号导体22和第七信号导体23在平面连接器1内的导体3的阵列中是相邻的，并被第五信号导体21和第八信号导体24括起来。尽管不是必须的，但是第五信号导体21和第八信号导体24优选地与平面连接器1内的导体3的阵列中的第六信号导体22和第七信号导体23相邻。

第五信号导体至第八信号导体21、22、23、24属于单个闭合回路A1-A2-Sb-B2-B1-R_meas-D1-D2-Sa-C2-C1-A1，其交叉以形成8字形拓扑，该8字形拓扑具有包括第一源20a的第一子回路和包括第二源20b的第二子回路。成对的子回路具有匹配的面积和阻抗，以使得在第一输入+V_in处表现的第一不需要的EMF+V_emf将基本上等于在第二输入-V_in处表现的第二不需要的EMF-V_emf。这样，时变均匀磁场的影响将作为共模电压+V_emf≈+V_emf≈V_cm出现在测量前端7，这将被第一输入+V_in和第二输入-V_in之间的差分测量抑制。

第五信号导体至第八信号导体21、22、23、24中的任何一个可以被放置为与电阻(未示出)串联，以便如关于第二装置16所描述的那样改善阻抗平衡。

还参考图8，示出了第五装置25。

除了第五信号导体至第八信号导体21、22、23、24在导体3的阵列中的顺序被修改之外，第五装置25与第四装置19相同。在第五装置中，第五信号导体21和第七信号导体23彼此相邻，并且第六信号导体22和第八信号导体24彼此相邻。与在第四装置19中一样，第五装置25限定了单个闭合回路A1-A2-Sb-C2-C1-R_meas-D1-D2-Sa-B2-B1-A1，其自身交叉以限定平衡的相反子回路。

第五信号导体至第八信号导体21、22、23、24中的任何一个可以被放置为与电阻(未示出)串联，以便如关于第二装置16所描述的那样改善阻抗平衡。

还参考图9，示出了第六装置26。

第六装置26是第四装置19的示例，其使用第一线圈L1和第二线圈L2来实现以提供第一平衡信号源20a和第二平衡信号源20b。第一线圈L1和第二线圈L2感应地耦合到第三线圈L3，以便能够监测从电源27供应给负载28的电流。例如，电源27可以是市电电源(mainselectrical supply)，负载28可以是家庭、商业或工业产权的一个或多个电器和/或灯，并且第六装置26可以是电表。

第六装置26还包括使用平面连接器1的接地导体30而接地的静电屏蔽29。静电屏蔽29可以防止线圈L1、L2到电源27的时变输出电压的容性耦合。

以此方式，第六装置26的平面连接器1被配置为防止(或至少降低)来自局部环境中的时变磁场和电场两者的干扰。

第五信号导体至第八信号导体21、22、23、24中的任何一个可以被放置为与电阻(未示出)串联，以便如关于第二装置16所描述的那样改善阻抗平衡。

还参考图10，示出了第七装置31。

第七装置31可以在抑制由不能很好地近似为空间均匀场和/或具有均匀空间梯度的磁场的接近/近似时变场源所引起的EMF方面提供改进的性能。第七装置31可以提供针对幅度随空间坐标呈二次方变化的时变磁场(在平面连接器1的区域中)的优异性能。

第七装置31包括具有第一端子9和第二端子12的信号源6，该信号源6通过平面连接器1耦接到具有第一输入+V_in和第二输入-V_in的测量前端7。第九信号导体32和第十信号导体33将第一端子9连接到第一输入+V_in。第十一信号导体34和第十二信号导体35将第二端子12连接到第二输入-V_in。第九信号导体32和第十信号导体33与第十一信号导体34和第十二信号导体35交错。第十信号导体33在第十一信号导体34和第十二信号导体35之间，并且第十一信号导体34在第九信号导体32和第十信号导体33之间。

与第九信号导体32串联连接的第四电阻R4是与第十信号导体33串联连接的第五电阻R5的电阻的三分之一。与第十一信号导体34串联连接的第六电阻R6是与第十二信号导体35串联连接的第七电阻R7的电阻的三分之一。第四电阻至第七电阻R4、R5、R6、R7用于对沿第九信号导体至第十二信号导体32、33、34、35感应的EMF进行加权，以便补偿由包括第九信号导体至第十二信号导体32、33、34、35的闭合回路链接的面积的差异。

第七装置31包括三个重要的闭合回路：

1.R5-A1-A2-C2-C1-R4-R5

2.R6-B1-B2-D2-D1-R7-R6

3.A||C-S-B||D-R_meas-A||C

其中，例如，A||C表示并联连接的第九信号导体32和第十信号导体33以及相应的电阻R4、R5，并且B||D类似地表示并联连接的第十一信号导体34和第十二信号导体35以及相应的电阻R6、R7。

第七装置31需要良好的电阻平衡，并且第四电阻至第七电阻R4、R5、R6、R7应大于相应的导体32、33、34、35的线路电阻和接触电阻。

第七装置31对来自时变磁场的干扰具有良好的抗扰性，该时变磁场是空间上均匀的，具有均匀的空间梯度或具有随空间坐标呈二次方变化的幅度，并且第七装置31还被静电平衡以降低来自附近的交流电压的干扰。

还参考图11，示出了第八装置36。

除了在数字域中实现沿着第九信号导体至第十二信号导体32、33、34、35感应的EMF的加权，而不是使用第四电阻至第七电阻R4、R5、R6，R7之外，第八装置36类似于第七装置31。

第八装置36包括平面连接器1，其将信号源6连接到具有第一输入+V_in和第二输入-V_in的测量前端7a，以及具有第三输入+V’_in和第四输入+V’_in的测量前端7b。测量前端7a、7b可以是单独的装置，或者可以被集成为单个测量前端7。第一输入+V_in和第二输入-V_in对应于第一输出V1_out，并且第三输入+V’_in和第四输入-V’_in对应于第二输出V2_out。该装置基于组合0.75V1_out+0.25V2_out计算最终信号。

如果第九信号导体至第十二信号导体32、33、34、35的相对位置(以及因此面积)在平面连接器1内的导体3的阵列中相对于彼此变化，则特定的权重0.75和0.25可以变化。

第八装置36包括三个闭合回路：

1.A1-A2-S-D2-D1-R_meas-A1(对应于V2_out)

2.B1-B2-S-C2-C1-R_meas-B1(对应于V1_out)

3.A1-A2-C2-C1-R_meas-B1-B2-D2-D1-R_meas-A1(自交叉回路)

还参考图12，示出了第九装置37。

在第九装置37中，将第一信号导体至第三信号导体8、10、11括起来的导体3被连接到系统地(或另一个参考电位V_ref)，并被用于电气干扰的附加屏蔽，而其他导体3被连接到第二输入-V_in并用于均衡正部分与负部分之间的拾波，以最小化容性耦合的影响。

第九装置37包括信号源6，其使用平面连接器1连接到具有第一输入+V_in和第二输入-V_in的测量前端7。

类似于第一装置2，平面连接器1包括连接到信号源6的第一端子9的第一信号导体8以及均连接到信号源6的第二端子12的第二导体10和第三导体11。在测量前端7侧，第一信号导体8连接到第一输入+V_in，而第二信号导体10和第三信号导体11耦接到系统地(或其他参考电位V_ref)。第二输入-V_in经由第八电阻R8耦接到第二信号导体10和第三信号导体11，该第八电阻R8优选地是信号源6的电阻的两倍。

第九装置还包括第一拾波平衡导体38和第二拾波平衡导体39，它们在平面连接器1的测量前端7侧连接到第二输入-V_in，并在平面连接器1的信号源6侧浮置(float)。第一拾波平衡导体38和第二拾波平衡导体39将平面连接器1内的导体3的阵列内的第一信号导体至第三信号导体8、10、11括起来。

第九装置还包括第一屏蔽导体40和第二屏蔽导体41，其在平面连接器1的测量前端7侧接地(或连接到其他参考电位V_ref)，并在平面连接器1的信号源6侧浮置。第一屏蔽导体40和第二屏蔽导体41将导体3的阵列内的第一信号导体至第三信号导体8、10、11以及第一拾波平衡导体38和第二拾波平衡导体39括起来。

第九装置37针对抗磁扰性(降低来自时变磁场的干扰)进行了优化，并且倘若第八电阻R8等于信号源6的电阻的两倍，则第九装置37还应该降低来自具有空间梯度的电场的干扰。

第九装置37包括三个闭合回路：

1.C1-C2-S-E2-E1-C1

2.C1-C2-S-D2-D1-R_meas-R8-C1

3.E1-E2-S-D2-D1-R_meas-R8-E1

电阻(未示出)可以以与第二装置16类似的方式被放置为与第一信号导体8、第二信号导体10和/或第三信号导体11串联，以便改善电阻平衡。

还参考图13，示出了第十装置42。

第十装置42包括信号源6，其使用平面连接器1连接到具有第一输入+V_in和第二输入-V_in的测量前端7。

类似于第一装置2，平面连接器1包括连接到信号源6的第一端子9的第一信号导体8和均连接到信号源6的第二端子12的第二导体10和第三导体11。在测量前端7侧，第一信号导体8连接到第一输入+V_in，而第二信号导体10和第三信号导体11耦接到系统地(或其他参考电位V_ref)。第二输入-V_in经由第八电阻R8耦接到第二信号导体10和第三信号导体11，该第八电阻R8优选地是信号源6的电阻的两倍。

第十装置42还包括第三拾波平衡导体43和第四拾波平衡导体44，它们在平面连接器1的测量前端7侧连接到第二输入-V_in，并在平面连接器1的信号源6侧浮置。第三拾波平衡导体43和第四拾波平衡导体44将第一信号导体8括起来，并且第三拾波平衡导体43和第四拾波平衡导体44进而被导体3的阵列内的第二信号导体10和第三信号导体11括起来。

第十装置42针对对来自电场的干扰的抗扰性进行了优化，并且倘若第八电阻R8等于信号源6的电阻的两倍，则第十装置42还应该降低来自具有空间梯度的电场的干扰。第十装置42将提供针对远场和均匀梯度时变磁场的良好性能。

第十装置37包括三个闭合回路：

1.A1-A2-S-E2-E1-A1

2.A1-A2-S-C2-C1-R_meas-R8-A1

3.E1-E2-S-C2-C1-R_meas-R8-E1

电阻(未示出)可以以与第二装置16类似的方式被放置为与第一信号导体8、第二信号导体10和/或第三信号导体11串联，以便改善电阻平衡。

还参考图14，示出了第十一装置45。

第十一装置45包括串联连接的成对的平衡信号源20a、20b，其使用静电屏蔽的基本为平面的连接器46连接到测量前端7。

静电屏蔽的基本为平面的连接器46(为简洁起见，在下文中也简称为“静电屏蔽的平面连接器46”)与平面连接器1相同，除了静电屏蔽的平面连接器46还包括围绕导体3缠绕并沿着静电屏蔽的平面连接器46的长度L延伸的导电层47。

还参考图15，示出了通过静电屏蔽的平面连接器46的截面图。

导电层47例如使用接地导体48连接到系统地(或另一个参考电位V_ref)，该接地导体48将平衡信号源20a、20b之间的节点连接到系统地(或另一个参考电位V_ref)。

接地的(或参考电位)导电层47用于屏蔽形成阵列的导体3以避免耦接到源于静电屏蔽的平面连接器46外部的电场。

第十三信号导体49将平衡信号源20a、20b的负端子连接到测量前端7的第二输入-V_in。第十四信号导体50和第十五信号导体51将平衡信号源20a、20b的正端子连接到测量前端7的第一输入+V_in。

第十一装置45包括三个闭合回路：

1.B1-B2-D2-D1-B1

2.B1-B2-S_b-S_a-C2-C1-R_meas-B1

3.D1-D2-S_b-S_a-C2-C1-R_meas-D1

尽管在图16中通过圆形截面绘制，但是导体3可以经常使用其他截面形状，例如，矩形。

还参考图16，示出了扁平柔性电缆(FFC)52形式的平面连接器1或静电屏蔽的平面连接器46。

FFC 52连接在信号源侧53和测量前端侧54之间，并且可以在之前描述的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45中的任何一个中使用。

FFC 52的令人惊讶的特征在于(特别是在阵列中仅具有几根(例如，少于十根)导体3的窄电缆上)，跨导体3的FFC 52的平面(即，垂直于电缆的长度L)跨导体3保持相对恒定，即使在FFC 52被显著地扭绞时。换句话说，FFC 52可以表现为垂直于电缆的长度L的连接的直(straight)元件串，围绕连接的连续元件的中心扭绞。

对于只具有少量(例如，少于十根)导体3的带状电缆也可能具有相同的结果。

这样的结果是，即使当处于扁平柔性电缆(FFC)52形式的平面连接器1或静电屏蔽的平面连接器46在使用中例如被扭绞和/或弯曲时，也可以保持对不需要的电动势+V_emf、-V_emf的补偿。这对于规定在一个或多个信号源6与一个或多个对应的测量前端7之间的连接路线可能是有利的。

还参考图17，示出了支撑导电轨道56形式的导体3的处于基板5形式的平面连接器1、55。

取决于基板5的材料，平面连接器55可以是刚性的或柔性的(沿长度L的至少一部分)。例如，基板可以是柔性印刷电路(FPC)基板，或者是常规的刚性印刷电路板(例如，覆铜、树脂浸渍的纤维)。当与用于降低FPC或PCB上的磁干扰的替代方法相比时，根据本说明书的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45的好处是去除对轨道‘扭绞’的任何要求，这需要附加的层。

基于基板5的静电屏蔽的平面连接器46可以被制造为多层结构，例如通过使均匀的屏蔽层(未示出)支撑在基板5的与导电轨道56相对的一侧上并且通过在导电轨道56上层压(或沉积)绝缘层(未示出)，然后是第二均匀屏蔽层(未示出)来制造。

还参考图18，示出了用于评估与常规同轴电缆相比的平面连接器1、46、55的磁性能的装置57的平面图。

还参考图19，示出了沿图18中标记为K-K’的线的截面。

装置57包括第一亥姆霍兹线圈58和第二亥姆霍兹线圈59，它们被同轴地布置为一个在另一个之上。对于两个线圈58、59，亥姆霍兹线圈的绕组60、61处于相同的方向。测试连接器62可以放置在第一亥姆霍兹线圈58和第二亥姆霍兹线圈59之间，横跨线圈58、49的公共中心。

两种类型的样品被用作测试连接器62：根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1和常规的同轴电缆。

每个亥姆霍兹线圈58、59均能够在60Hz下产生1mT均方根(RMS)场，并且使用信号发生器来模拟100V RMS线路电压。被配置为测量有功/无功功率的测量前端7连接到测试连接器62。测得的功率被转换为有效面积和等效电流。本文的有效面积是指在相同的场中将产生相同的V(t)的回路的面积。本文的等效电流是指仪表在70uT场中报告(考虑到线圈的灵敏度)的电流。

还参考图20，示出了从空间均匀的时变场获得的结果。

通过在60Hz下同相地驱动第一线圈和第二线圈，在线圈58、59之间产生空间均匀的场(使得来自每个线圈58、59的磁场的极性处于相同的方向)。

测试了同轴电缆的五个不同样品，并测试了根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1的10个不同样品。图20在左手侧的轴上绘制了等效电流的平均值，在右手侧轴上以250mA的百分比绘制了等效电流。误差条(error bar)表示数据集的标准偏差。这些结果是根据200μV/A(在60Hz dI/dt下)的传感器进行缩放的，该传感器用于根据ANSI C12.20的精度等级为0.2的电流等级为20的仪表。当仪表暴露相距10英寸(0.254米)处的100A干扰场时，这设置了在0.25A下1％的最大误差。在测试FFC样品时，测量了拾波电压(对应于不需要的EMF)。在使用电流传感器(本实验中的信号源6)的已知灵敏度的情况下，将其转换为等效电流，即如果不需要的EMF是来自电流传感器的实际信号，则将是对应于不需要的EMF的电流。

可以观察到，根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1等同于或稍好于同轴电缆。然而，根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1比同轴电缆更紧凑且更便宜。

还参考图21，示出了从时变梯度场获得的结果。

通过异相地驱动第一线圈58和第二线圈59而产生0.0243mT/mm的梯度，使得线圈58、59以相反的方向被提供电力。

测试了同轴电缆的五个不同样品，并测试了根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1的六个不同样品。图21在左手侧轴上绘制了等效电流的平均值，在右手侧轴上以250mA的百分比绘制了等效电流。误差条表示数据集的标准偏差。

可以观察到，在测得的标准偏差内，根据第一装置2配置的柔性扁平电缆(FFC)形式的平面连接器1胜过同轴电缆。

修改

将理解的是，可以对上文描述的实施例进行许多修改。这种修改可以包括在用于传输电信号的电缆的设计、制造和使用中已知的等效特征和其它特征，并且可以代替本文已经描述的特征来使用这些等效特征和其它特征或除本文已经描述的特征之外还使用这些等效特征和其它特征。一个实施例的特征可以由另一实施例的特征代替或补充。

尽管参照连接器1进行了描述，但是第一装置至第十装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42中的任何一个都可以用静电屏蔽的平面连接器46代替平面连接器1。

尽管本文描述的示例已参考在减小来自外部时变磁场的干扰的同时获得信号源6的测量结果进行了说明，但是根据本说明书的平面连接器1、46、55的配置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45在驱动信号传输时可以被等同地使用，以减小可能干扰其他设备的磁场和电场的产生。在这方面，图6所示的第三装置17对于减小磁辐射可能特别有用。尽管装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45中的任何一个的平面连接器1、46、55的配置都会减小磁辐射，但是预期第三装置17对于高频信号表现会特别好，因为添加了第四信号导体18使得该配置既在容性方面又在阻性方面平衡。

高频信号可以指下面这样的情况，即互连具有足以保持在两个端子上的衰减(roll-off)相同的电容很重要的情况。这还可能取决于信号源阻抗。例如，在L＝300mm FFC上典型的线路到屏蔽电容可以是100pF，并且信号源6可以具有对应于15MHz的拐点频率(break frequency)的在100Ω的区域中的阻抗。在高精度应用中，可能需要针对低于拐点频率至少十倍或更多的频率来匹配电容。

可替代地，高频可以对应于平面连接器1的长度L开始接近传输的频率的波长的点，在这种情况下，将平面连接器1视为传输线(具有源和负载匹配)是优选的，对于L＝300mm FFC平面连接器1，高频将约为50Mhz。

通常，当信号从信号源跨等效配置的平面连接器1、46、55传输到信号接收器和/或负载时，响应于外部时变磁场而提供感应电动势的平衡的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45的配置也将对应于由导体3产生的磁场的平衡。这样，可以使用诸如关于本说明书的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45所描述的那些配置来减小来自平面连接器1、46、55的磁辐射。

根据本说明书配置的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45和/或平面连接器1、46、55可以在采用柔性扁平电缆(FFC)、带状电缆、同轴电缆、电缆束、绞合线、双绞电缆的任何应用中使用。根据本说明书配置的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45和/或平面连接器1、46、55可以在涉及产生高时变磁场环境或位于高时变磁场环境中同时还要求传送敏感信号的设备和/或系统的任何应用中使用。

根据本说明书配置的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45和/或平面连接器1、46、55可以在笔记本电脑、磁共振成像(MRI)设备、融合设备、紧邻马达而定位的、位于电表中的、位于开关或继电器中的、位于质谱仪设备中的、位于电子显微镜中的、位于粒子加速器中的、位于实验室设备中的传感器等等中使用。根据本说明书配置的装置2、16、17、19、25、26、31、36、37、42、45和/或平面连接器1、46、55可以在诸如扬声器、扩音器、麦克风、调音台、乐器等的音频设备中使用。

还参考图22，示出了包括导体3的阵列的平面连接器63的一部分，该导体3包括纽结。

跨第一方向x上的距离δx，每个导体3在垂直于第一方向x的第二方向y上线性位移距离δy。在纽结之前、经过纽结和纽结之后，每个导体3与相邻的导体3保持基本等间距。这样，即使在导体3不是单个的直线(处于未变形状态时)的平面连接器63中，也可以保持闭合回路面积和阻抗的平衡。

平面连接器63可以是刚性或柔性的(沿长度L的至少一部分)，并且当柔性可以被扭绞、弯曲、卷起或以其他方式变形时，平面连接器63可以是刚性或柔性的。然而，导体3的支撑使得随着平面连接器63被变形，平面连接器63内导体3相对于彼此的关系的实质变化被最小化。

尽管已经示出了特定的纽结形状，但是一般而言，可以使用导体3的任何路径，只要每个相邻的成对的导体3之间的面积对于每个相邻的成对的导体3基本相等即可。

图23示出了包括导体3的阵列的平面连接器64的一部分，该导体3包括拐角。

每个导体3遵循经过拐角的环形路径，在该示例中为圆的一部分，并且环形路径具有共同的原点中心65。尽管每个相邻的成对的导体3之间的面积由于拐角而可能稍微不同，但是该差异可能足够小，以允许在某些应用中对不想要的EMF+V_emf、-V_emf进行足够的补偿。在更精确的应用中，由拐角带来的面积差异可能需要补偿，例如通过使用匹配的拐角(例如，左侧90度，然后右侧90度)，通过稍微改变到拐角的一侧的导体间距，或通过使用阻抗平衡、使用串联放置的电阻、等等来进行补偿。

尽管已将拐角示出为具有共同的隐含原点65的环形部分，但是在其他示例中，可以将不同类型的拐角用于导体3，例如，每个导体可以简单地被偏转给定角度。

图24示出了包括折叠的扁平柔性电缆(FFC)66形式的平面连接器1。

折叠比例如平面连接器1、46、55、63、64的弯曲或扭绞更尖锐，该平面连接器1、46、55、63、64可以在平面连接器1、46、55、63、64被用于连接在相对于彼此任意取向的信号源6和测量前端7之间时自然而然地被采用。尽管如此，在FFC 66内的成对的导体3a，3b的相对位置在被折叠分开的第一侧67和第二侧68之间被保持。

尽管已经描述了在其中平面连接器1、46、55已经连接在信号源6和测量前端7之间的示例，但是可以孤立地(in isolation)配置独立的平面连接器(未示出)以提供改善的磁性能。例如，独立的平面连接器(未示出)可以具有在第一端和第二端(未示出)之间的长度，并且可以支撑横跨在第一端和第二端(未示出)之间的多个导体3。与平面连接器1、46、55一样，在第一端和第二端(未示出)之间的每个点处，导体3在独立的连接器中可以基本上彼此等间距。第一端区域可以对应于从独立连接器(未示出)的第一端延伸长度的10％的区域，第二端区域可以对应于从独立连接器的第二端延伸长度的10％的区域。至少成对的导体3可以在第一端区域(未示出)和第二端区域(未示出)中的一个或两个内电连接(彼此短路)。例如，成对的导体3可以在第一端区域和第二端区域中的一个或两个处连接到第一端和第二端(未示出)。

独立的平面连接器(未示出)可以采用扁平柔性电缆、带状电缆或柔性印刷电路基板的形式。

尽管在本申请中已针对具体的特征组合提出了权利要求书，但应理解的是，本申请的公开范围还包括本文明确或隐含公开的任何新特征或特征的新颖组合及其任何概括，无论其是否涉及与任何权利要求中当前要求保护的发明相同的发明以及是否解决了本发明所解决的技术问题相同的任何或所有技术问题。本申请人由此提请注意，在本申请或是由其得到的任何进一步的申请的诉讼过程期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合提出新的权利要求。

Claims (27)

1.一种装置，包括：

一个或多个信号源；

测量前端，其具有至少第一输入和第二输入；

基本为平面的连接器，其具有在第一端和第二端之间的长度并且支撑横跨在所述第一端和所述第二端之间的多个导体，其中，在所述第一端和所述第二端之间的每个点处，导体在所述基本为平面的连接器内基本上彼此等间距，其中，所述多个导体包括：

至少一个信号导体，其将所述信号源连接到所述第一输入；

至少两个另外的导体，其连接到所述一个或多个信号源，其中，所述两个另外的导体中的一个或两个也连接到所述第二输入；

其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体中的每一个属于一个或多个闭合回路，并且其中，所述一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀的时变外部磁场被施加到所述装置，在所述第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在所述第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基本为平面的连接器还包括静电屏蔽层，其被配置为屏蔽所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体以避免耦合到源自所述基本为平面的连接器外部的电场。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述基本为平面的连接器的至少一部分是柔性的。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体至少部分地限定两个或更多个闭合回路，其中，所述闭合回路中的至少一个包括所述一个或多个信号源中的一个。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个闭合回路中的至少一个闭合回路自身交叉以形成两个或更多个子回路。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，还包括一个或多个电阻，每个电阻与所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体中的一个串联连接，其中，所述一个或多个电阻中的每个电阻被配置为调节包括所述电阻的对应的一个或多个闭合回路的相对阻抗。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述一个或多个电阻的电阻大于对应导体的电阻。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗还被配置为使得响应于具有均匀空间梯度的时变外部磁场被施加到所述装置，在所述第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在所述第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗还被配置为使得响应于具有随空间坐标成二次方变化的幅度的时变外部磁场被施加到所述装置，在所述第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在所述第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的装置，其中，所述多个导体中的将所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体括起来的一个或多个导体连接到地电位或参考电位。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的装置，其中，当所述基本为平面的连接器被扭绞、折叠、弯曲和/或以其他方式变形时，保持电动势的抵消。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个闭合回路包括不包括任何信号源的至少一个闭合回路。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括至少一个电流传感器。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括至少一个麦克风。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括至少一个超声换能器。

16.根据权利要求1至14中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括至少一个拾波线圈。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括具有第一端子和第二端子的信号源；

其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体还包括：

第一信号导体，其将所述第一输入连接到所述第一端子；

第二信号导体和第三信号导体，所述第二信号导体和所述第三信号导体将所述第二输入连接到所述第二端子；

其中，所述第一信号导体在所述第二信号导体和所述第三信号导体之间。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体还包括第四信号导体，其将所述第一输入连接到所述第一端子；

其中，所述第四信号导体被布置在所述第二信号导体和所述第三信号导体之间。

19.根据权利要求1至16中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括第一平衡信号源和第二平衡信号源，每个平衡信号源具有正端子和负端子；

其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体包括：

第五信号导体，其将所述第一输入连接到所述第一平衡信号源的正端子；

第六信号导体，其将所述第一平衡信号源的负端子连接到地电位或参考电位；

第七信号导体，其将所述第二输入连接到所述第二平衡信号源的负端子；

第八信号导体，其将所述第二平衡信号源的正端子连接到地电位或参考电位；

其中，所述第五信号导体至所述第八信号导体属于单个交叉的闭合回路。

20.根据权利要求1至16中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个信号源包括具有正端子和负端子的第一信号源；

其中，所述至少一个信号导体和所述至少两个另外的导体还包括：

连接到所述正端子的第九信号导体和第十信号导体；

连接到所述负端子的第十一信号导体和第十二信号导体；

其中，所述第九信号导体和所述第十信号导体与所述第十一信号导体和所述第十二信号导体交错；

其中，第一权重被应用于来自所述第九信号导体和所述第十一信号导体的信号，并且第二权重被应用于来自所述第十信号导体和所述第十二信号导体的信号。

21.根据权利要求20所述的装置，其中：

其中，所述第九信号导体和所述第十信号导体连接到所述第一输入；

其中，所述第十一信号导体和所述第十二信号导体连接到所述第二输入；

其中，使用连接在信号导体和相应输入之间的电阻来施加所述第一权重和所述第二权重。

22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一输入和所述第二输入对应于第一输出，并且其中，所述测量前端还包括对应于第二输出的第三输入和第四输入，其中：

所述第九信号导体连接到所述第一输入；

所述第十一信号导体连接到所述第二输入；

所述第十信号导体连接到所述第三输入；

所述第十二信号导体连接到所述第四输入；

其中，所述装置被配置为使用相应的第一权重和第二权重来计算第一输出和第二输出的加权和。

23.根据权利要求1至22中的任一项所述的装置用于获得信号源的测量结果的用途。

24.一种装置，包括：

信号源，其具有第一端子和第二端子；

信号接收器或负载，其具有第一输入和第二输入；

基本为平面的连接器，其具有在所述第一端和所述第二端之间的长度并且支撑横跨在所述第一端和所述第二端之间的多个导体，其中，在所述第一端和所述第二端之间的每个点处，导体在所述基本为平面的连接器内基本上彼此等间距，其中，所述多个导体包括：

第一信号导体，其将所述第一端子连接到所述第一输入；

第二信号导体和第三信号导体，所述第二信号导体和所述第三信号导体将所述第二端子连接到所述第二输入；

其中，所述第一信号导体、所述第二信号导体和所述第三信号导体中的每一个都属于一个或多个闭合回路，并且其中，所述一个或多个闭合回路具有如下的面积和阻抗：所述面积和阻抗被配置为使得响应于均匀的时变外部磁场被施加到所述装置，在所述第一输入处感应出的第一不需要的电动势将基本上等于在所述第二输入处感应出的第二不需要的电动势。

25.一种基本为平面的连接器，其具有在第一端和第二端之间的长度，并且支撑横跨在所述第一端和所述第二端之间的多个导体；

其中，在所述第一端和所述第二端之间的每个点处，所述导体在所述基本为平面的连接器内基本上彼此等间距；

其中，第一端区域对应于从所述第一端延伸所述长度的10％的区域，并且第二端区域对应于从所述第二端延伸所述长度的10％的区域；

其中，至少成对的导体在所述第一端区域和所述第二端区域中的一个或两个内电气连接。

26.根据权利要求25所述的基本为平面的连接器，其中，至少一对导体在所述第一端和所述第二端中的一个或两个处电气连接。

27.根据权利要求25或26所述的基本为平面的连接器，其中，所述基本为平面的连接器包括扁平柔性电缆、带状电缆或柔性印刷电路基板。

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