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STAND DER TECHNIK 1.
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung, die in einer Messausrüstung zum Eichen des Gleichspannungspegels
der Messausrüstung vorgesehen
ist, und insbesondere eine Eichvorrichtung, die die Auswirkung auf
die Messgenauigkeit verringert, wenn die Messausrüstung ein
Hochfrequenzsignal misst.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Bei einem Halbleitermessgerät wird zur
Stabilisierung und exakten Messung des zu messenden Signals eine
Eichvorrichtung am Eingang des Halbleitermessgeräts bereitgestellt. 1 ist eine schematische
Zeichnung eines herkömmlichen
Halbleitermessgeräts.
Es wird die darin enthaltene Eichvorrichtung erklärt.
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In 1 umfasst
das Halbleitermessgerät 100 eine
Eingangsklemme 110 für
den Empfang des zu messenden Signals, eine Messausrüstung 120 zum
Messen des zu messenden Signals und eine Eichvorrichtung 130 zum
Eichen des Gleichspannungspegels der Messausrüstung. Die Eichvorrichtung 130 umfasst
einen Schalter 131 und eine Eichspannungsquelle 132.
Der Schalter 131 ist zwischen dem Ausgang der Eichspannungsquelle 132 und dem
Eingang der Messausrüstung 120 vorgesehen und
verbindet die Eichspannungsquelle 132 mit der Messausrüstung 120 oder
trennt sie voneinander. Die Eichspannungsquelle 132 gibt
eine Gleichspannung für
die Eichung aus.
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In dieser Beschreibung wird die Spannung zum
Eichen auch als Eichspannung bezeichnet.
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Wenn das Halbleitermessgerät 100 ein
Signal misst, geht der Schalter 131 in den Offen-Zustand über. Daraufhin
misst die Messausrüstung 120 das Signal,
das an der Eingangsklemme 110 empfangen wird. Wenn das
Halbleitermessgerät 100 eine
Selbsteichung vornimmt, geht der Schalter 131 in den Geschlossen-Zustand über. Die
Messausrüstung 120 liest
aus der Eichspannungsquelle 132 eine spezifizierte Eichspannungsausgabe
aus. Weiterhin werden die gemessene Spannung und die Ausgangsspannung
der Eichspannungsquelle 132 verglichen. Wenn zwischen den
beiden Spannungen eine Differenz besteht, wird die Messausrüstung 120 geeicht, so
dass die Differenz beseitigt wird, und der Eichvorgang ist beendet.
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Es treten Probleme bezüglich der
Messgenauigkeit auf, wenn in einem Halbleitermessgerät, das wie
oben beschrieben konfiguriert ist, ein Hochfrequenzsignal gemessen
wird. Im Allgemeinen weist ein Schalter eine Signalleitung zwischen
der Klemme für
den Anschluss an einen externen Schaltkreis und dem eigentlichen
Schaltermechanismus auf, und die verbindende Seite in dem Schaltermechanismus
wird ebenfalls eine Signalleitung. Diese Art von Signalleitung bildet
eine offene Stichleitung, wenn sich der Schalter im Offen-Zustand
befindet. Die offene Stichleitung verhält sich wie eine kapazitive
oder induktive Last und hat eine Auswirkung auf die Frequenzkennlinie
eines Schaltkreises oder einer Ausrüstung, die mittels der offenen
Stichleitung verbunden wird.
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Normalerweise wird eine Messausrüstung, die
Hochfrequenzsignale verarbeitet, so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz
derselben 50 Ohm beträgt.
Da der Widerstand der Signalleitung von der Eichspannungsquelle 132 zur
Messausrüstung 120 einen
Wert aufweist, der verglichen mit der Eingangsimpedanz (50 Ohm)
nicht vernachlässigt
werden kann, kann die Spannung, die an die Messausrüstung 120 angelegt
wird, nicht mit großer
Genauigkeit kontrolliert werden.
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Um die oben genannten Probleme zu
lösen, kann
beispielsweise der Schalter 131 gegen einen einpoligen
Umschalter ausgetauscht werden. 2 zeigt
ein Halbleitermessgerät,
das eine Eichvorrichtung umfasst, die einen einpoligen Umschalter
verwendet. Das Halbleitermessgerät 200 in 2 umfasst eine Eingangsklemme 210 für den Empfang
des zu messenden Signals, eine Messausrüstung 220 zum Messen
des zu messenden Signals und eine Eichvorrichtung 230 zum
Eichen des Gleichspannungspegels der Messausrüstung. Die Eichvorrichtung 230 umfasst
einen Schalter 231, der ein einpoliger Hochfrequenzumschalter
ist, und eine Eichspannungsquelle 232. Wenn das Halbleitermessgerät 200 ein
Signal misst, stellt der Schalter 231 eine Leitung zwischen
der Eingangsklemme 210 und der Messausrüstung 220 her. Wenn
das Halbleitermessgerät 200 eine
Selbsteichung vornimmt, stellt der Schalter 231 eine Leitung
zwischen der Eichspannungsquelle 232 und der Messausrüstung 220 her.
Der einpolige Umschalter kann beispielsweise ein HF-Schalter 8762A
von Agilent Technologies sein.
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Wenn ein einpoliger Hochfrequenzumschalter,
wie oben beschrieben, verwendet wird, wird das Problem der offenen
Stichleitung beseitigt. Jedoch ist diese Art von Schalter groß, teuer
und weist eine geringe Lebensdauer auf. Es ist wünschenswert, dass das Halbleitermessgerät in der
Lage ist, für
eine lange Zeitdauer kontinuierlich zu funktionieren. Weiterhin
sind neue Lösungsverfahren
erwünscht,
da in den letzten Jahren ein kleinerer und kostengünstigerer Schalter
gefordert wurde.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung löst die Probleme der
herkömmlichen,
oben beschriebenen Verfahren im Hinblick auf die Marktnachfrage.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die
Eichvorrichtung die Auswirkung auf die Messgenauigkeit eines Hochfrequenzsignals
der Messausrüstung
verringert, indem in einer Vorrichtung zum Eichen des Gleichspannungspegels
einer Messausrüstung
eine Eichspannung mit Hilfe eines Gleichspannungsüberlagerungsmittels
an die Messausrüstung
angelegt wird.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin,
eine hochgenaue Eichspannung an die Messausrüstung anzulegen, indem der
Spannungspegel, der an die Messausrüstung angelegt wird, erfasst
wird und die Eichspannung in der Vorrichtung zum Eichen des Gleichspannungspegels
von Messausrüstungen
eingestellt wird.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die ein Halbleitermessgerät zeigt, das eine erste Eichvorrichtung
gemäß herkömmlicher
Technologie umfasst;
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2 ist
eine Ansicht, die ein Halbleitermessgerät zeigt, das eine zweite Eichvorrichtung
gemäß herkömmlicher
Technologie umfasst;
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3 ist
eine Ansicht, die ein Halbleitermessgerät zeigt, das eine Eichvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, und
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4 ist
eine Ansicht, die ein Halbleitermessgerät zeigt, das eine Eichvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um die oben genannten Aufgaben zu
erfüllen,
ist die vorliegende Erfindung als eine Vorrichtung zum Eichen des
Gleichspannungspegels einer Ausrüstung
ausgelegt, die an einen Signalübertragungsweg
angeschlossen ist, und misst ein Signal in dem Signalübertragungsweg.
Die Eichvorrichtung umfasst Folgendes: ein Eichspannungserzeugungsmittel,
das benachbart zum Signalübertragungsweg
angeordnet und mit demselben verbunden ist, um den Signalpegel in
dem Signalübertragungsweg
zu erfassen und den Ausgangsspannungspegel als Reaktion auf den
erfassten Pegel einzustellen, ein Gleichspannungsüberlagerungsmittel,
das benachbart zum Signalübertragungsweg
angeordnet und mit demselben verbunden ist, um die Ausgangsspannung
des Eichspannungserzeugungsmittels auf den Signalübertragungsweg
zu überlagern,
sowie einen Schalter, der zwischen dem Eichspannungserzeugungsmittel
und dem Gleichspannungsüberlagerungsmittel
vorgesehen ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt
Sondenmittel bereit, die benachbart zum Signalübertragungsweg angeordnet und
mit demselben verbunden sind, um abwechselnd den Signalübertragungsweg
und das Eichspannungserzeugungsmittel zu isolieren.
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Die vorliegende Erfindung wird auf
der Grundlage der Ausführungsformen,
die in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben. Eine erste Ausführungsform
ist ein Halbleitermessgerät, das
mit einer Eichvorrichtung ausgerüstet
ist. 3 zeigt die Konstruktion
desselben.
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In 3 umfasst
das Halbleitermessgerät 300 eine
Eingangsklemme 310 für
den Empfang des zu messenden Signals, eine Messausrüstung 320 zum
Messen des zu messenden Signals, einen Signalübertragungsweg 330 zum
Anschließen
der Eingangsklemme 310 an die Messausrüstung 320 und eine
Eichvorrichtung 400 zum Eichen des Gleichspannungspegels
der Messausrüstung.
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Die Eichvorrichtung 400 umfasst
einen Puffer 410, der über
einen Widerstand 460 mit dem Signalübertragungsweg 330 verbunden
ist, eine Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420, einen
Differenzialverstärker 430,
der mit dem Puffer 410 und der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 verbunden
ist, einen Zungenschalter 440, der zwischen dem Differenzialverstärker 430 und
dem Signalübertragungsweg 330 vorgesehen
ist, und einen Widerstand 450, der zwischen dem Signalübertragungsweg 330 und
dem Zungenschalter 440 vorgesehen ist.
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Der Puffer 410 ist ein Beispiel
für das
Signalpegelerfassungsmittel. Er erfasst die Spannung des Signalübertragungsweges 330 und
gibt eine Spannung aus, die dieser entspricht. Zusätzlich weist
der Puffer 410 einen hohen Eingangswiderstand und eine
geringe Eingangskapazität
auf.
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Die Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 ist
ein Beispiel für
das Eichspannungserzeugungsmittel und umfasst eine Eichspannungsquelle 421 und
einen Spannungsteiler 422, der die Ausgangsspannung der
Eichspannungsquelle 421 teilt und über den Spannungsteiler 422 ausgibt.
Der Spannungsteiler 422 umfasst eine Vielzahl von Widerständen und
regelt das Spannungsteilungsverhältnis,
indem selektiv Widerstände
hinzugeschaltet werden.
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Der Differenzialverstärker 430 ist
ein Beispiel für
das Berechnungsmittel. Er vergleicht und berechnet den Ausgangsspannungspegel
des Puffers 410 und den Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 und ändert den Ausgangsspannungspegel
als Reaktion auf das Berechnungsergebnis.
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Der Widerstand 450 ist ein
Beispiel für
das Gleichspannungsüberlagerungsmittel
und ist benachbart zum Signalübertragungsweg 330 angeordnet
und mit demselben verbunden, so dass die Länge der Leitung von der tatsächlichen
Widerstandskomponente zum Signalübertragungsweg 330 ausreichend
kürzer
ist als die Messsignalwellenlänge.
Der Widerstand 460 ist ein Beispiel für das Sondenmittel und ist
benachbart zum Signalübertragungsweg 330 angeordnet
und mit demselben verbunden, so dass die Länge der Leitung von der tatsächlichen
Widerstandskomponente zum Signalübertragungsweg 330 ausreichend
kürzer
ist als die Messsignalwellenlänge.
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Es wird der Betrieb des Halbleitermessgeräts 300,
das, wie oben beschrieben, konfiguriert ist, erläutert.
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Wenn das Halbleitermessgerät 300 ein
Signal misst, geht der Zungenschalter 440 in den Offen-Zustand über, und
die Messausrüstung 320 überwacht
oder misst ein Signal in dem Signalübertragungsweg 330.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal in dem Signalübertragungsweg 330 durch
den Widerstand 450 zum Zungenschalter 440 und
nicht nur zur Messausrüstung 320 übertragen.
Da sich der Zungenschalter 440 im Offen-Zustand befindet,
wird der größte Teil
des Signals am Verbindungspunkt reflektiert. Das reflektierte Signal
kehrt durch den Widerstand 450 wieder zum Signalübertragungsweg 330 zurück. Durch
Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands 450 auf
einen ausreichend hohen Wert kann der Pegel des reflektierten Signals,
das zum Signalübertragungsweg 330 zurückgeführt wird, auf
einen niedrigen Pegel unterdrückt
werden, und es kann eine Interferenz zwischen den Signalen, die
in dem Signalübertragungsweg 330 erzeugt
wird, vermieden werden.
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Ebenso wird das Signal in dem Signalübertragungsweg 330 durch
den Widerstand 460 zum Puffer 410 übertragen.
Ein Teil des Signals wird von dem Puffer 410 reflektiert
und durch den Widerstand 460 wieder zum Signalübertragungsweg 330 zurückgeführt. Durch
Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands 460 auf
einen ausreichend hohen Wert kann der Pegel des reflektierten Signals,
das zum Signalübertragungsweg 330 zurückgeführt wird,
auf einen niedrigen Pegel unterdrückt werden, und es kann eine
Interferenz zwischen den Signalen, die in dem Signalübertragungsweg 330 erzeugt
wird, vermieden werden. Zusätzlich
weist der Puffer 410 einen extrem hohen Eingangswiderstand
auf. Daher ist der Effekt des Erreichens des Gleichstromsignals
im Signalübertragungsweg 330 gering.
Jedoch weist der Puffer 410 kapazitive Eingangskennlinien
auf und wirkt auf ein Wechselstromsignal als eine Last mit niedriger Impedanz.
Der Widerstand 460 begrenzt den Fluss des Wechselstromsignals
in dem Signalübertragungsweg 330 in
den Puffer 410. Der Puffer 410 unterdrückt den
Effekt des Erreichens des Gleichstromsignals im Signalübertragungsweg 330.
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Weiterhin können die Probleme des Widerstands 450 und
des Widerstands 460, die benachbart zum Signalübertragungsweg 330 angeordnet
und mit demselben verbunden sind, wie beispielsweise Interferenz,
vernachlässigt
werden, da die Leitungen, d.h. die tatsächlichen Stichleitungslängen, ausreichend kurz
sind.
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Wenn sich das Halbleitermessgerät 300 selbst
eicht, geht der Zungenschalter 440 in den Geschlossen-Zustand über. Der
Spannungsteiler 422 wird durch eine externe Steuerung auf
das spezifizierte Spannungsteilungsverhältnis eingestellt, und die
Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 erzeugt die spezifizierte
Eichspannung. Der Puffer 410 erfasst durch den Widerstand 460 den
Spannungspegel in dem Signalübertragungsweg 330 und
gibt eine Spannung mit demselben Pegel aus.
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Der Differenzialverstärker 430 vergleicht
den Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 mit
dem Ausgangsspannungspegel des Puffers 410 und gibt die
Spannungsdifferenz aus. Die Ausgangsspannung des Differenzialverstärkers 430 wird
vom Widerstand 450 verringert und vom Widerstand 450 auf
den Signalübertragungsweg 330 überlagert.
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In der Rückführschleife, die auf diese Weise gebildet
wird, ändert
sich der Ausgangsspannungspegel des Differenzialverstärkers 430,
bis der Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 und
der Ausgangsspannungspegel des Puffers 410 übereinstimmen.
Daher wird der Spannungspegel des Signalübertragungsweges 330 dem
Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 gleich.
Die Ausgangsspannung der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 wird
durch die Spannungsteilung der Widerstände auf den spezifizierten
Wert eingestellt. Da der Widerstandswert eines Widerstands im Niederfrequenzbereich
hochgenau ist, weist der Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 nahezu
dieselbe Genauigkeit auf wie die interne Eichspannungsquelle.
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Die beiden Arten der Gleichspannungspegeleichung
sind Gleichspannungs-Abweichungseichung
und Gleichspannungs-Verstärkungseichung. Bei
der Gleichspannungs-Abweichungseichung wird der Ausgangsspannungspegel
der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 auf Null eingestellt,
und es wird die Spannung des Signalübertragungsweges 330 von
der Messausrüstung 320 gemessen.
Der gemessene Spannungspegel und der Ausgangsspannungspegel der
Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 werden verglichen.
Wenn sich zwischen den beiden Spannungspegeln ein Unterschied entwickelt,
wird die Messausrüstung 320 geeicht,
so dass die Differenz beseitigt wird, und die Eichung ist beendet.
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Bei der Gleichspannungs-Verstärkungseichung
wird der Ausgangsspannungspegel der Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 auf
einen bestimmten Wert ungleich Null eingestellt, und die Messausrüstung 320 wird
in gleicher Weise geeicht.
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Der Widerstand 450, der
ein Beispiel für
das Gleichspannungsüberlagerungsmittel
ist, kann gegen ein anderes Schaltkreiselement ausgetauscht werden,
wenn die Ausgangsspannung des Differenzialverstärkers 430 auf dem
Signalübertragungsweg 330 von
einer Gleichspannung überlagert
werden kann. Diese Art von Schaltkreiselement ist beispielsweise
eine Induktionsspule. 4 zeigt
eine andere Ausführungsform
des Halbleitermessgeräts,
bei der der Widerstand 450 gegen eine Induktionsspule ausgetauscht
ist. Mit Ausnahme der Induktionsspule 470 sind die anderen
Schaltkreiselemente in dem Halbleitermessgerät 500 in 4 vorzugsweise dieselben Schaltkreiselemente,
die in dem Halbleitermessgerät 300 vorgesehen
sind, das in 3 gezeigt
ist.
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Die Induktionsspule 470 weist
eine niedrigere Impedanz im Niederfrequenzbereich auf und eine höhere Impedanz,
wenn die Frequenz zunimmt. Das Halbleitermessgerät 500 misst nicht
nur das Signal, das von dem zu messenden Objekt erhalten wird, das
an der Eingangsklemme 310 angeschlossen ist, sondern versorgt
manchmal das zu messende Objekt durch die Eingangsklemme mit Strom.
Angenommen, ein IC mit einem offenen Kollektorausgang ist das zu
messende Objekt. Wenn der Differenzialverstärker 430 das zu messende
Objekt mit Strom versorgt und das Gleichspannungsüberlagerungsmittel eine
Induktionsspule ist, ist der Stromverlust gering, und die Situation
ist gegenüber
der Situation, bei der ein Widerstand verwendet wird, vorzuziehen.
Die Induktionsspule 470 weist eine hohe Induktivität auf, um
im Niederfrequenzbereich eine hohe Impedanz zu erreichen. Jedoch
besteht das Problem einer einzelnen Induktionsspule in der schwebenden
Kapazität
zwischen den Windungen zur Herstellung der Induktionsspule. In der
Praxis ist eine Vielzahl von Induktionsspulen miteinander verbunden,
wobei eine Induktionsspule mit einer äquivalent großen Induktivität bereitgestellt
wird.
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Der Widerstand 460, der
ein Beispiel für
das Sondenmittel ist, kann gegen ein anderes Schaltkreiselement
ausgetauscht werden, wenn die Strömung des Wechselstromsignals
im Signalübertragungsweg 330 in
den Puffer 410 blockiert oder eingeschränkt ist, und der Puffer 410 kann
den Effekt des Erreichens des Wechselstromsignals im Signalübertragungsweg 330 einschränken. Beispielsweise
kann wie bei dem Widerstand 450 eine Induktionsspule verwendet
werden. In diesem Fall kann auch eine Vielzahl von verbundenen Induktionsspulen
verwendet werden.
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Weiterhin kann die Eichspannungserzeugungsvorrichtung 420 gegen
ein anderes Schaltkreiselement ersetzt werden, wenn die Pegelgenauigkeit der
Ausgangsspannung die Spezifikationen erfüllt. Es kann beispielsweise
ein Analog-Digital-Wandler verwendet werden. Seit neuestem sind
hochgenaue und kompakte Analog-Digital-Wandler erhältlich. Wenn ein Analog-Digital-Wandler
verwendet wird, besteht ein Vorteil darin, dass der zweckbestimmte Bereich
für die
Leiterplatte, verglichen mit der Situation, bei der ein Spannungsteiler
und eine Eichspannungsquelle verwendet werden, verkleinert werden kann.
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Weiterhin kann, wenn ein Signal gemessen wird,
ein Schalter zwischen dem Widerstand 460 und dem Puffer 410 angeordnet
werden, um die Eichvorrichtung 400 oder 600 vollständig vom
Signalübertragungsweg 330 zu
isolieren.
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Die Induktionsspule 470 und
der Widerstand 460 sind an unterschiedlichen Stellen mit
dem Signalübertragungsweg 330 verbunden,
können
jedoch auch an derselben Stelle angeschlossen werden.
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Wenn der Spannungsabfall von der
Stelle, an der der Widerstand 460 mit dem Signalübertragungsweg 330 verbunden
ist, zur Messausrüstung 320 aufgrund
des Gleichstromwiderstands des Signalübertragungsweges 330 ein
Problem wird, kann die Stelle, an der der Widerstand 460 mit
dem Signalübertragungsweg 330 verbunden
ist, nahe an der Messausrüstung 320 angeordnet
werden. In diesem Fall befindet sich die Stelle, an der der Widerstand 470 mit
dem Signalübertragungsweg 330 verbunden ist,
vorzugsweise zwischen der Stelle, an der der Widerstand 460 mit
dem Signalübertragungsweg 330 verbunden
ist, und der Eingangsklemme 310.
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Wie oben ausführlich erläutert, betreibt die vorliegende
Erfindung eine Eichspannung und legt diese mit Hilfe eines Gleichspannungsüberlagerungsmittels
in einer Vorrichtung zum Eichen des Gleichspannungspegels von Messausrüstungen
an eine Messausrüstung
an. Die Eichvorrichtung kann die Auswirkung auf die Messgenauigkeit
eines Hochfrequenzsignals der Messausrüstung verringern.
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Die Vorrichtung zum Eichen des Gleichspannungspegels
von Messausrüstungen
ist in der Lage, eine hochgenaue Eichspannung an die Messausrüstung anzulegen,
indem der Spannungspegel, der an die Messausrüstung angelegt wird, erfasst
und die Eichspannung eingestellt wird.
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Weiterhin kann das Eichspannungserzeugungsmittel
die Auswirkungen auf das Wechselstromsignal des Signalübertragungsweges
durch Bereitstellen eines Sondenmittels zum abwechselnden Isolieren
des Signalübertragungsweges
und des Eichspannungserzeugungsmittels in der Vorrichtung zum Eichen
des Gleichspannungspegels der Messausrüstung unterdrücken, wenn
das Eichspannungserzeugungsmittel beispielsweise eine kapazitive
Eingangskennlinie aufweist.
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Es wurden Beispiele für bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Jedoch wird vorausgesetzt, dass die vorangehende Beschreibung lediglich
der Veranschaulichung einer vorliegenden Implementierung der hierin
enthaltenen Lehren dient. Für
Fachleute sind verschiedene Alternativen und Modifikationen ersichtlich,
ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend
umfasst die vorliegende Erfindung alle diese Alternativen, Modifikationen und
Varianten, die in den Bereich der hierin enthaltenen Offenbarung
fallen.