CN1217196C - 用于示波器带宽自动调整的灵敏探测器设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在探测器自身存储有关探测器频率响应的信息。该信息最好是由一组或者更多的特性频率响应数据点组成。每一个数据点至少包括在给定频率上探测器的增益。最好是，每个数据点包括探测器的复合转移特性(附图2中的S21)和任意的探测器的复合输出反射性(附图2中的S22)，以及数据所载处的频率(附图2中的F)。根据需要存储的频率点的数量可以改变来充分地描述探测器的响应。探测器最好存储含有所存储数据点的数目的标题。当探测器与示波器连接时，示波器读取频率响应信息并且输出电压驻波比(VSWR)，示波器负责调整它的频率响应(方法是通过增加或减少高频增益)，从而补偿探测器的频率响应并且优化整个系统频率响应。

Description

用于示波器带宽自动调整的 灵敏探测器设备和方法

技术领域

本发明一般涉及用于示波器(scopes)的灵敏探测器设备，更具体地说涉及探测器以及基于相连探测器的通讯带宽技术的用于示波器带宽的自动调整的方法。

背景技术

使探测器和示波器一起运转达到最优化很困难。经常是将示波器设计为具有确定的-3dB带宽，然后再根据使用的这个示波器来设计探测器。如果探测器具有相同的-3dB带宽，那么当探测器与示波器相连时，包括有示波器和相连探测器的系统在探测器的尖端上将具有比任何一个部件单独地使用时降低相当多的带宽。

因为探测器尖端的带宽经常是未知的，对于使用者来说就出现了问题。一般的解决方式是将探测器设计为被调峰，这样它在示波器的带宽上就为0dB，因此当探测器与示波器线连接时，整个系统仍然具有与示波器本身相同的带宽。调节探测器的暂态和频率响应从而与特定的示波器最适宜，有可能使该探测器不适合其它示波器—尤其是还未设计出来的型号的示波器。例如，将探测器插入到将来更高速的示波器可能引起不完全衰减的暂态响应，因为探测器是以假定较低速的示波器的前端衰减这一响应来设计的。另一种解决方式是使示波器的暂态响应不完全衰减，这样在它的带宽就有足够的余量来保证连接有探测器的特定的系统带宽。但是这又出现了另一个问题，当不使用特定的探测器时，会涉及到牺牲稳定时间和噪声特性。

发明内容

本发明利用这样的事实，示波器的前端一般具有过量的HF调节范围(或者可以设计成这样)，当需要获得适宜的系统响应时，它可以用来使示波器的频率响应自动地达到峰值。也可以使用利用现有的本发明的受让人俄勒冈州Beaverton的Tektronix公司的TekConnect Probe Interface的探测器/示波器。TekConnect Probe Interface又利用了被称为I²C的总线，假定对此是熟知的。

1987年8月25日公开的，并且转让给了美国的菲利浦公司(U.S.PhillipsCorporation)的发明名称为“用于多个基站相互连接的具有时钟线和数据线的双总线系统”的美国专利No.4689740对I²C总线进行了描述和说明。也可以参见1987年6月9日公开的，并且与本发明共同转让的发明名称为“具有自动读出标识和状态的电子探测器”的美国专利No.4672306。在这里这一引用合并了这两个专利公开的内容。

简而言之，本发明涉及探测器自身的频率响应信息的存储。该信息最好是由一组含有一个或多个特性频率响应数据点组成。在每个数据点至少包括探测器在给定频率的增益。最好是，每个数据点包括探测器复转换特性(附图2中的S21)和任意探测器复输出反射性(附图2中的S22)，以及数据所载处的频率(附图2中的F)。根据需要，可以存储变化的多个频率点从而满足描述探测器的响应。探测器最好存储包含多个存储的数据点的标题。通过简单地存储多组S21、S22和数据F，本发明很容易地扩展到具有多个增益设置或多个带宽设置的探测器。

当探测器与示波器连接时，示波器按照任何适合的通讯格式和协议读取探测器的频率响应信息。利用自身的频率响应信息和输入电压驻波比(VSWR)，示波器保证它的频率响应达到峰值(意味着在高频增加更多的增益)，从而补偿探测器的频率响应。

因此，本发明提供了一种与示波器一起使用的灵敏探测器设备，该探测器包括：安装探测器尖端及其相连的具有特性频率响应的电子元件的壳体；位于壳体内的第一存储器，所述的第一存储器以处理器可读格式存储表示至少是这一特性频率响应的描述的预定数据；以及在所述的第一存储器和示波器之间的接口；所述的第一存储器响应与所述探测器配合的示波器，通过所述的接口向示波器发送所述的预定的数据；其中所述的预定数据包括复数数据点，每个复数数据点代表在沿频谱规定的频率上的所述探测器尖端及其相连的电子元件的频率特性；其中所述的探测器尖端及其相连的电子元件还包括复合转移特性和复合输出发射性，其中所述的预定数据还表示这一复合转移特性和这一复合输出反射性的描述。

所述的探测器设备还包括：位于示波器内的控制器，所述的控制器包括一个处理器和一个第二存储器，所述处理器响应与所述探测器配合的示波器，通过所述的接口接收发送的预定数据并且将相同的内容存储在所述的第二存储器中。

其中所述的控制器在接收和存储所述发送的预定数据后，调整示波器的频率响应来补偿所述的探测器及其相连的电子元件的特性频率响应。

其中所述的控制器在接收和存储所述发送的预定数据后，向用户发送示波器频率响应。

其中所述的控制器通过显示器向用户发送。

其中所述的第一存储器是只读存储器。

其中所述的第一存储器还以处理器可读格式存储至少含有存储在所述第一存储器内的复数数据点数目的标题，并且其中所述第一存储器在通过所述接口发送所述的预定数据之前，还通过所述接口向示波器发送标题。

其中所述的接口是同步的并且包括一条时钟信号线。

或者，其中所述的接口包括相应于复数连接探测器的复数数据信号线。或者，所述接口包括一条中断信号线。

其中所述的接口包括复数中断信号线，每一条所述复数中断信号线相应于所述的复数数据线之一。

附图说明

图1是根据本发明制造的探测器设备的详细示意图，将灵敏的探测器与一个示波器相连接。

图2是数据格式方框图，其中根据本发明的一个实施例可以将探测器频率响应信息存储在附图1所示的存储器中。

图3是表示本发明的最佳方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明当前的最佳的一个实施例，由于其执行简单，本发明的灵敏的探测器10将一个单独的数据，例如在给定频率内它的增益A(或者，在最简单的执行中，仅仅是它的带宽)，存储在探测器壳体10a内的一个只读存储器12(ROM)中。探测器10开始工作(例如将其与示波器14连接)，探测器10通过位串行同步接口16与连接的示波器14交换该数据。示波器14假定基于一个接近3GHz到5GHz的带宽数据，所代表的带宽定义连接的探测器的-2db增益，并按照来自探测器10的带宽数据调整其带宽。

例如，一个给定的探测器10可以在ROM12中存储它自身的4GHz带宽数据。当示波器的控制器从ROM12中读取该数据时，它确定连接的4GHz探测器的带宽在3.5GHz到5GHz之间。响应于从所连接的探测器的ROM中读取的数据，示波器的控制器将其高频增益提高+2db，确定的经验增益(通过检测大量的探测器获得的)很好地补偿4GHz探测器的特性频率响应。因此，本发明试图在每次探测器与示波器连接时自动地优化系统带宽。

对本领域的普通技术人员来说，显然根据本发明的最佳实施例，接口16包括四条相同的位串行信道。因此，示波器14及其耦合的接口16可以支持与探测器10一样的四个探测器。对本领域的普通技术人员来说可知在附图1中未示出，监视模拟同轴探测器输入信号线并且通过示波器14可选择地显示，这一点对本领域的技术人员也是显而易见的。这种通常的显示器用18来表示，键盘20用于用户输入。例如在显示器18上，示波器14可操作地向用户传达特性频率响应。示波器14可以看成与通常的示波器一样，包括有处理器23和存储器24的控制器22。下面将具体描述控制器的新颖性。

当探测器10与示波器14连接时，探测器10在构成接口16的一部分的中断信号线上断言一个中断。控制器22响应该断言中断，然后通过接口16询问探测器10以确定探测器10是否包括机器可读存储器，例如ROM12。探测器10通过识别其自身是具有这种存储器的探测器来响应询问。这种响应顺序可以是依据任何合适的预定协议，并且最好是通过与时钟信号30同步的双向位串行数据信道通讯。然后控制器22通过相同的同步位串行数据信道从ROM12的特定地址中读取存储的特性频率响应数据，并将读取的数据存入自己的存储器24中。

显然存储在存储器24中的还有示波器自己的频率响应数据。基于示波器的频率响应特性和它自己的频率响应特性，控制器22自动地调整示波器自身的频率响应来补偿探测器10，也就是探测器尖端10b和与它相连的电子元件10c的特性频率响应。这种调整可以涉及使示波器14达到峰值，可以理解包括通过规定的数目，例如+1db或更多的数目，提高示波器的高频增益。对本领域的技术人员来说，显然这种调整也可以是降低示波器的高频增益来替代它的升高。这种调整，无论升高或是降低，可以通过相应的技术来实现，如通过利用额外的高频调整范围，这是被认为是通常的示波器公知的特性。

附图2表示可以支持复数数据点的ROM12一部分的最佳数据存储结构，其中汇集的所有复数数据点描述探测器10的频率响应特性。对本领域的技术人员来说，显然在本发明的精神和范围内，任何适宜的数据结构都是可能的。附图2表示每个n探测器数据组最好是包括一个复合转移特性数据S21a、复合输出反射性数据S22a以及S21a和S22a施加处的频率Fa。附图2表示包括n类数据入口，通过字母下标来指定每一个入口，对本领域的技术人员来说，显然n可以是任何所需的整数。

附图3是一个表示本发明的最佳方法的流程图，通过它自动地调整示波器的频率响应来适应连接的探测器。本发明的方法包括提供带有例如一个ROM存储器的探测器，以处理器可读形式存储表示至少是探测器尖端及其相连的电子元件特性的频率响应的预定数据描述。附图3的100表示这一步骤。该方法还包括提供给示波器a)一个接口，该接口通过探测器与示波器的连接，可以从存储器中读取预定的数据，以及b)一个控制器，该控制器可以调整示波器频率响应。在附图3的102表示这一步骤。

根据本发明的最佳方法，示波器通过接口询问探测器需要的数据，并且探测器通过接口响应这一需要，提供存储在探测器内存储装置中存储的数据。在附图3的104和106表示这些步骤。最后，该方法包括自动调整示波器频率响应来补偿探测器的特性频率响应，由此预定的整个系统频率响应成为相连接的示波器和探测器的特性。附图3的108表示这一步骤。

本发明的有益效果包括：

1)当不使用探测器时，示波器在它特定的带宽可以直接调整为一3dB。这就优化了失真、暂态响应和噪声特性。当连接探测器时，只加上必要的调峰数目来保持系统带宽同时保持了最优的暂态响应。

2)如果使用比示波器低速的探测器，示波器可以决定尽可能地降低它的带宽使这种不匹配引起的噪声最小。

3)无论示波器是否补偿探测器，示波器了解连接有探测器的系统带宽，并且可以将这一数目向用户发送，例如通过与示波器相连的显示器或网络计算机显示屏，或任何其它包括音响信号和打印输出的合适装置。

4)由于存储在探测器中的不同信息的格式一致，任何将来的示波器可以设计成与当前的探测器工作，任何当前的示波器可以与将来的探测器工作。

最后，对本领域的技术人员来说，显然在这里描述和说明的本发明的方法和设备可以通过软件、软件和硬件相结合或者硬件、或者其他适合的结合形式来实现。最好是，该方法和设备通过软件来实现，其目的是减低花费并且具有灵活性。因此，对本领域的技术人员来说，显然本发明的方法和设备可以通过在计算机或者微处理器内执行指令来实现，这些指令存储于计算机可读介质中用来执行并且通过任何适合的指令处理器来执行。在本发明的精神和范围内可以对实施例进行选择。

在最佳实施例中描述并且说明了本发明的原则，对于本领域的技术人员来说，显然在细节和安排上可以对本发明进行修改，并不脱离这一原则。任何改变都在所附的权利要求书的精神和范围内。

Claims (12)

1.与示波器一起使用的灵敏探测器设备，该探测器包括：

安装探测器尖端及其相连的具有特性频率响应的电子元件的壳体；

位于壳体内的第一存储器，所述的第一存储器以处理器可读格式存储表示至少是这一特性频率响应的描述的预定数据；以及

在所述的第一存储器和示波器之间的接口；

所述的第一存储器响应与所述探测器配合的示波器，通过所述的接口向示波器发送所述的预定的数据；

其中所述的预定数据包括复数数据点，每个复数数据点代表在沿频谱规定的频率上的所述探测器尖端及其相连的电子元件的频率特性；

其中所述的探测器尖端及其相连的电子元件还包括复合转移特性和复合输出发射性，其中所述的预定数据还表示这一复合转移特性和这一复合输出反射性的描述。

2.如权利要求1所述的探测器设备，还包括：

位于示波器内的控制器，所述的控制器包括一个处理器和一个第二存储器，所述处理器响应与所述探测器配合的示波器，通过所述的接口接收发送的预定数据并且将相同的内容存储在所述的第二存储器中。

3.如权利要求2所述的探测器，其中所述的控制器在接收和存储所述发送的预定数据后，调整示波器的频率响应来补偿所述的探测器及其相连的电子元件的特性频率响应。

4.如权利要求2所述的探测器，其中所述的控制器在接收和存储所述发送的预定数据后，向用户发送示波器频率响应。

5.如权利要求4所述的探测器设备，其中所述的控制器通过显示器向用户发送。

6.如权利要求1所述的探测器设备，其中所述的第一存储器是只读存储器。

7.如权利要求1所述的探测器设备，其中所述的第一存储器还以处理器可读格式存储至少含有存储在所述第一存储器内的复数数据点数目的标题，并且其中所述第一存储器在通过所述接口发送所述的预定数据之前，还通过所述接口向示波器发送标题。

8.如权利要求7所述的探测器设备，其中所述的第一存储器是只读存储器。

9.如权利要求1所述的探测器设备，其中所述的接口是同步的并且包括一条时钟信号线。

10.如权利要求9所述的探测器设备，其中所述的接口包括相应于复数连接探测器的复数数据信号线。

11.如权利要求9所述的探测器设备，其中所述接口包括一条中断信号线。

12.如权利要求11所述的探测器设备，其中所述的接口包括复数中断信号线，每一条所述复数中断信号线相应于所述的复数数据线之一。

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