KR20060092804A

KR20060092804A - 측정 프로브용 광대역폭 감쇠기 입력 회로

Info

Publication number: KR20060092804A
Application number: KR1020050046769A
Authority: KR
Inventors: 이라 지. 폴록; 윌리엄 에이. 헤이거럽; 폴 지. 차스테인; 윌리엄 큐. 로
Original assignee: 텍트로닉스 인코포레이티드
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-08-23
Also published as: EP1605588A3; EP1605588B1; US7402991B2; TW200600794A; CN1715933A; EP1605588A2; JP4804800B2; EP2273677A2; EP2273677B1; JP2005345469A; JP5113822B2; US7550962B2; CN101750522B; CN101750522A; US20070164731A1; US20070164730A1; TWI350377B; CN1715933B; EP2273677A3; JP2010025954A

Abstract

측정 프로브용 광대역폭 감쇠기 입력 회로는 보상(compensated) RC 감쇠기 회로와 직렬로 연결되는 Z₀ 감쇠기 회로를 구비한다. 상기 Z₀ 및 보상 RC 감쇠기 회로의 직렬 감쇠기 소자들은 제어 임피던스(controlled impedance) 전송 선로를 통해 상기 Z₀ 및 보상 RC 감쇠기 회로의 분류 감쇠기(shunt attenuator) 소자들에 연결된다. 상기 Z₀ 감쇠기 소자의 분류 소자는 상기 전송 선로를 그 특성 임피던스로 종단한다. 직렬 및 분류 감쇠기 소자의 접합점은 버퍼 증폭기의 입력에 연결된다. 저주파 및 중간주파에서, 상기 보상형 RC 감쇠기 회로는 고주파의 입력 신호를 감쇠시키는 한편, 상기 보상 RC 감쇠기 회로는 단락회로(short)로 작용하고 상기 Z₀ 감쇠기 회로는 입력 신호를 감쇠시킨다.

측정 프로브, 광대역폭, 감쇠, 분압기, 전송 선로, 특성 임피던스

Description

측정 프로브용 광대역폭 감쇠기 입력 회로 {WIDE BANDWIDTH ATTENUATOR INPUT CIRCUIT FOR A MEASUREMENT PROBE}

도 1은 종래의 측정 프로브용 능동 프로브 입력 회로를 대표하는 개략도이다.

도 2는 능동 측정 프로브용 전류 모드 증폭기 접근법을 대표하는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 광대역폭 감쇠기 입력 회로의 제1 실시예의 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 차동 입력 회로에 사용된 광대역폭 감쇠기 입력 회로의 제1 실시예의 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 광대역폭 감쇠기 입력 회로의 추가적인 실시예이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 광대역폭 감쇠기 입력 회로에 사용된 다른 차동 능동 저역 통과 필터 회로의 개략도이다.

본 발명은 일반적으로 전압 측정 프로브용 입력 감쇠기 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 능동(active) 프로브 입력 회로와 Z₀ 입력 회로의 속성(attribute)을 결합하는 광대역폭 감쇠기 입력 회로에 관한 것이다.

관련출원의 상호 참조

본 출원은 2004년 6월 1일자 미국 가특허출원 제60/575,980호를 기초로 우선권을 주장한다.

종래의 능동 전압 프로브는 진행중인 측정을 교란시키는 1 GHz 이상의 주파수에서 피시험 회로에 부담을 줄 수 있는 유한 반응성 입력 임피던스 특성을 나타낸다. 상기 교란(perturbation)은 회로의 고장을 초래할 정도로 충분히 크거나, 또는 적어도 측정 결과에 의심을 가질 정도로 충분히 큰 것일 수 있다.

도 1을 참조하면, 도 1은 감소된(damped) 보상 감쇠기 입력을 갖는 프로브 버퍼 증폭기(12)를 포함하는 종래의 능동 프로브 입력 회로가 단순화되어 개략적으로 나타낸 것이다. 프로브 증폭기(12)는 오실로스코프 등의 측정 장비에 연결되는 프로브 케이블 전송 선로를 구동하기 위해 프로브 헤드에 위치된다. 프로브 증폭기(12)는 또한 상호연결 와류(interconnect parasitic)를 감소시키고 높은 주파수 응답을 유지하기 위하여 프로빙 팁(probing tip)과 물리적으로 가까이 위치하여야 한다. 감쇠기의 직렬 소자(series element)로 작용하는 병렬 저항성/용량성 소자쌍(resistive/capacitive pair)(R1, C1)과 감쇠기의 분류 소자(shunt elements)로 작용하는 병렬 저항성/용량성 소자쌍(R2, C2)을 구비하는 보상 RC 수동(passive) 감쇠기는 통상 프로브 입력의 동적 범위를 증가시키고 유효 프로브 입력 커패시턴스를 감소시키기 위해 통상 프로브 증폭기(12) 앞에서 사용된다. 보상 RC 감쇠기 구성은 넓은 주파수 범위에 걸쳐 평탄한 전송 응답(flat trasmission response)을 제공하기 위해 사용된다. 도 1의 단순화한 개략도는 또한 입력 댐핑 저항기(damping resistor)(14)를 포함하며, 이것은 프로브 상승시간(probe risetime)과 어긋남(aberration)을 조정하기 위해 사용된다. 댐핑 저항기(14)는 프로브 팁 와류에 종속하는 프로브 고주파 로딩(loading)에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 종래의 능동 프로브는 임피던스가 입력 저항 때문에 저주파에서는 매우 높지만 입력 커패시던스의 영향을 인해 20dB/디케이드(decade)로 강하된다.

좀 더 새로운 프로브 입력 구성은 도 2에 대표적으로 나타낸 바와 같은 전류 모드 증폭기 접근법(current mode amplifier approach)을 사용한다. 전류 모드 증폭기(20)는 병렬 저항성/용량성 소자(R1, C1)와 연결된 저항성 입력 소자(22)를 구비한다. 병렬 저항성/용량성 소자(R1, C1)는 동축 케이블 형태의 동축 전송 선로(24)에 연결된다. 동축 케이블(24)의 나머지 단부는 동축 케이블(24)을 자신의 특성 임피던스로 종단시키는(terminate) 저항성 소자(26)와 직렬로 연결된다. 저항성 소자(24)는 접지(groud)에 연결된 비반전 입력을 구비하는 트랜스임피던스(transimpedance) 프로브 증폭기(28)의 반전 입력에 연결된다. 트랜스임피던스 프로브 증폭기(28)의 반전 입력 노드는 병렬 저항성/용량성 소자(R2, C2)를 경유하여 증폭기의 출력에 연결된다. 감쇠된 입력 전압 신호는 프로브 증폭기(28)의 가상(virtual) 접지 노드에서 전류 신호로 변환된다. 결과 전류 신호는 그 후 증폭기 피드백 구성요소(R2, C2)에 의해 버퍼(buffered) 출력 전압으로 변환된다. 비록 수동 입력 네트워크가 종래의 보상 감쇠기 구성은 아니지만, 동축 케이블의 커패시턴스가 크기 때문에 증폭기 토폴로지는 피드백 구성요소(R2, C2)가 프로브 헤드 구성요소와 함께 보상 감쇠기의 분류 소자처럼 작용하게 하고, 저항성 소자(22, R1, 26)과 커패시터(C1)를 직렬 소자로 작용하게 한다.

따라서, 본 발명은 피시험 장치로부터 입력 신호를 수신하는 능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 입력 감쇠 회로이다. 광대역폭 입력 감쇠 회로는 분류 저항성/용량성 소자에 연결된 직렬 저항성/용량성 소자를 갖는 보상 RC 분압기(voltage divider)를 구비한다. 저항성 Z₀ 분압기 네트워크는 분류 저항성 소자에 연결된 직렬 저항성 소자를 구비하는데, 상기 직렬 저항성 소자는 보상 RC 분압기 네트워크의 직렬 저항성/용량성 소자와 연결되고 상기 분류 저항성 소자는 보상 RC 분압기 네트워크의 분류 저항성/용량성 소자에 연결된다. 전송 선로는 보상 RC 분압기 네트워크의 직렬 저항성/용량성 소자를, 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 분류 저항성 소자와 직렬로 연결된 보상 RC 분압기 네트워크의 분류 저항성/용량성 소자와 함께, 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 분류 저항성 소자에 연결한다. 전송 선로와 저항성 Z0 분압기 네트워크의 분류 저항성 소자의 접합점은 버퍼 증폭기에 연결된다.

상기 전송 선로는 코플래너(co-planar) 전송 선로 또는 무손실 케이블 또는 저항성 케이블일 수 있는 동축 케이블로 구현될 수 있다. 저항성 Z₀ 분압기 네트워 크의 분류 저항성 소자는 전송 선로의 특성 임피던스와 실질적으로 동등한 저항값을 갖는다.

능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로는 두 개의 광대역폭 입력 감쇠 회로를 사용하여 구성될 수 있다. 각 광대역폭 입력 감쇠 회로는 차동 신호의 상보성 양(positive) 및 음(negative)의 신호 중 하나를 수신하도록 연결된다. 입력 감쇠기 회로로부터의 상보성 양 및 음 신호는 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 분류 저항성 소자와 제1 전송 선로의 접합점 및 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 분류 저항성 소자와 제2 전송 선로의 접합점으로부터 취득된다. 차동 신호는 차동 증폭기의 제1 및 제2 입력에 연결된다.

추가 실시예에서, 능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로는 차동 입력 신호를 수신하는 제1 및 제2 고주파 신호 경로를 구비한다. 각 고주파 신호 경로는 저항성 Z₀ 분압기 네트워크는 직렬 연결된 전송 선로와 블록킹(blocking) 커패시터를 통해 분류 저항성 소자에 연결된 직렬 저항성 소자를 구비하는 저항성 Z₀ 분압기 네트워크를 갖는다. 차동 능동 저역 통과 필터 회로는 블록킹 커패시터의 양단에 연결되며, 제1 및 제2 고주파 신호 경로 각각의 주파수 응답과 정합된 저역 통과 특성을 갖는 능동 저역 통과 필터 회로를 구비한다.

차동 증폭기는 상기 제1 고주파 신호 경로 내의 상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자의 접합점에 연결된 제1 입력과, 상기 제2 고주 파 신호 경로 내의 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자의 접합점에 연결된 제2 입력을 가지며, 감쇠된 차동 입력 신호를 수신하도록 연결된다.

상기 차동 능동 저역 통과 필터 회로는 상기 블록킹 커패시터들 앞에서 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로에 연결된 제1 및 제2 입력을 갖는 전압 증폭기 회로로 구현될 수 있다. 상기 전압 증폭기 회로는 상기 차동 입력 신호를 수신하고, 상보성의 양 및 음의 성분 신호를 가지는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성한다. 양의 성분 신호는 상기 제1 고주파 신호 경로 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제1 고주파 신호 경로에 연결되고, 음의 성분 신호는 상기 제2 고주파 신호 경로 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제2 고주파 신호 경로에 연결된다. 상기 차동 능동 저역 통과 필터 회로는 또한 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로로부터 상기 증폭기로 연결되는 차동 입력 신호를 갖는 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기 회로로 구현될 수 있다. 전압 증폭기 회로를 구비함으로써, 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로는 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로의 블록킹 커패시터의 양단에 연결되며, 차동 출력 신호의 보상성 양 및 음의 성분 신호는 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로에 각각 연결된다.

본 발명의 목적, 이점 및 신규한 특성은 첨부된 청구범위 및 도면과 함께 읽으면 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.

도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 측정 프로브용 광대역폭 감쇠기 입력 회 로(30)의 제1 실시예를 나타낸 것이다. 광대역폭 감쇠기 입력 회로는 프로빙 팁 저항성 소자(R1)과 Z₀ 감쇠 회로의 직렬 소자로 기능하는 감쇠기 저항성 소자(R2)의 직렬 겹합으로 구현되는 저항성 소자(R_D)를 구비한다. 저항성 소자(R_D)는 보상 RC 감쇠기 회로의 직렬 소자로서 작용하는 제1 저항성/용량성 소자쌍(R_A, C_A)에 연결된다. 제1 저항성/용량성 소자쌍(R_A, C_A)은 제어 임피던스 전송 선로(32)의 일단에 연결된다. 제어 임피던스 전송 선로(32)의 타단은 Z₀ 감쇠 회로의 분류 소자로도 기능하는 전송 선로(32)용 종단 저항성 소자(R_T)에 연결된다. 종단 저항성 소자(R_T)는 보상 RC 감쇠기 회로의 분류 소자로 작용하는 제2 저항성/용량성 소자쌍(R_B, C_B)에 연결된다. 입력 커패시턴스 C_IN을 갖는 버퍼 증폭기(34)는 전송 선로(32)와 종단 저항성 소자(R_T)의 접합 노드에 연결된다.

프로빙 팁 저항성 소자(R1)의 저항은 50 내지 150옴 범위 내의 값을 갖는 것이 바람직하다. 감쇠기 저항성 소자(R2)의 저항값은 전송 선로의 특성 임피던스와, 식 R2 = (a - 1) × Z₀- Z_tip을 따르는 Z₀ 감쇠 회로의 감쇠 계수(attenuation factor)의 함수이며, 상기 식에서 "a"는 감쇠 계수, Z₀는 R_T의 저항, 그리고 Z_tip은 R1의 저항이다. 바람직한 실시예에서, 감쇠 계수 "a"는 4이다. 저항성 소자(R1)은 프로브 팁의 와류와 격리되고, 감쇠기 저항성 소자(R2)는 Z₀ 감쇠 회로에 대한 원하는 감쇠 계수를 제공하기 위해 조정된다(trimmed). 이것이 댐핑 저항기(14)가 상승시간과 어긋남에 대해 조정되는 종래의 능동 프로브 입력 회로(10)와 대조를 이룬다. R_A와 R_B의 저항값은 최소한 대략 R_D와 R_T의 저항값보다 큰 크기이다.

제어 임피던스 전송 선로(32)은 코플래너 전송 선로, 마이크로스트립 선로 등의 무손실 전송 선로, 저항성 동축 케이블 전송 선로로 구현될 수 있다. 전송 선로(32)는 지연 T_D와 저항 R_S를 갖는다. 무손실 전송 선로의 경우에 R_S는 그 값이 "0"인 한편, 저항성 전송 선로는 피트당 10 내지 50옴의 값을 갖는다. 전송 선로 이론은 무손실 전송 선로의 경우에 저항성 소자가 하기의 식으로 나타낸 바와 같이 자신의 특성 임피던스 전송 선로를 종단시키기에 충분하다는 것을 보여주고 있다:

상기 식에서, T_DS는 전송 선로의 지연이고 R_S는 전송 선로의 저항이다. 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)의 경우, 버퍼 증폭기(34)는 고정된 입력 커패시턴스(C_IN)을 가지며, C_B는 종단 저항기(R_T)와 직렬이다. 전송 선로(32)의 저항(R_S)이 "0"이면, C_B는 무한대로 가는데, 이것은 전송 선로를 종단시키는 R_T를 남기고 전체 커패시턴스 양단이 단락상태임을 나타낸다. 전송 선로(32)가 저항을 가지는 경우, 전송 선로의 종단은 용량성 소자와 직렬로 저항성 소자를 필요로 한다. 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)의 경우, R_S는 C_B가 종단 저항기(R_T)와 직렬인 용량값을 갖도록 하는 대략 4옴의 저항값을 갖는다.

동작 시에, 저주파 입력 신호에 대한 DC는 R_D와 R_T의 저항성 기여(resistive contribution)가 저항성 감쇠기(R_A, R_B)의 값에 비해 무의미하기 때문에, 저항성 감쇠기(R_A, R_B)에 의해 감쇠된다. 최대 몇 GHz의 중간 주파수에서, 입력 신호는 R_A/C_A와 R_B/C_B로 이루어지는 보상 RC 감쇠기에 의해 감쇠된다. 보상 RC 감쇠기의 대역통과(bandpass) 이상의 주파수에서, 입력 신호는 R_D와 R_T로 이루어지는 Z₀ 감쇠기 회로에 의해 감쇠되며, C_A와 C_B는 무손실 전송 선로에 효과적으로 단락되고, C_B는 저항성 전송 선로에 대해 R_T와 직렬로 용량값을 갖는다. R_T 및 C_A와 C_B의 직렬 결합은 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)의 대역폭을 종래의 능동 프로브 입력 회로(10) 이상으로 확장하는 주파수 도메인 폴(frequency domain pole)을 형성한다.

Z_O 감쇠기 회로와 보상 R_C 감쇠기 회로는 C_A와 직렬이고 R_A와 병렬인 R2그리고 C_B와 직렬이고 R_B와 병렬인 R_T로 구현될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 이 구현예는 R_A와 CA의 병렬 결합에 직렬인 R2 그리고 R_B와 C_B의 병렬 결합에 직렬인 R_T를 가지는 것과 전기적으로 동등하다. DC 및 저주파에서, C_A와 C_B의 용량성 저항은 개회로(open circuit)로 작용하여 입력 신호가 R_A와 R_B의 저항성 감쇠기를 통과하는 원인이 된다. 입력 신호의 주파수가 증가함에 따라, C_A와 C_B의 용량성 저항이 감소되어 입력 신호가 R_A/C_A와 R_B/C_B로 이루어지는 보상 RC 감쇠기 회로를 통과하는 원인이 된다. RC 감쇠기 회로의 대역통과 이상에서, C_A와 C_B는 본질적으로 R_D와 R_T로 이루어지는 Z₀ 감쇠기 회로에 의해 감쇠되는 입력 신호를 갖는 단락 회로가 된다.

도 4를 참조하면, 도 4는 차동 광대역폭 감쇠기 입력 회로(40)에 통합되는 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)를 나타낸 것이다. 차동 광대역폭 감쇠기 입력 회로(40)는 차동 버퍼 증폭기(42)의 반전 및 비반전 입력에 연결되는 실질적으로 동일한 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)들을 갖는다. R_DP의 저항값은 R_DN의 저항값과 동일하다. R_AP의 저항값은 R_AN의 저항값과 동일하고, R_BP의 저항값은 R_BN의 저항값과 동일하다. C_AP는 C_AN과 동일한 용량값을 가지고 C_BP는 C_BN과 동일한 용량값을 갖는다. R_TP와 R_TN의 저항값은 같다. 상보성 양 및 음의 성분 신호를 갖는 차동 입력 신호는 광대역폭 감쇠기 입력 회로(30)들의 두 개의 차동 입력 채널에 연결되고, 전술한 것과 동일한 방식으로 감쇠되어 차동 증폭기(42)의 입력으로 인가된다. 차동 증폭기(42)는 측정 장비에 연결되는 출력 신호를 생성한다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 광대역폭 감쇠기 입력 회로의 추가 실시예를 나타낸 것이다. 광대역폭 감쇠기 입력 회로(50)는 차동 증폭기(56)의 반전 및 비반전 입력 노드에 연결되는 별개의 고주파 입력 신호 경로(52, 54)를 구비하는 차동 입력 회로이다. 각 고주파 입력 신호 경로(52, 54)는 전술한 바와 같이 저항성 소자 R1과 R2로 구성될 수 있는 입력 저항성 소자(R_DP, R_DN)을 구비한다. 저항성 소자(R_DP, R_DN)는 제어 임피던스 전송 선로(58, 60)에 각각 연결된다. 제어 임피던스 전송 선로(58, 60)는 전술한 바와 같이 무손실 또는 저항성 전송 선로로 구현될 수 있다. 전송 선로(58, 60)은 블록킹 커패시터 C_AP와 C_AN을 통해 저항성 종단 소자 R_TP와 R_TN에 각각 연결된다. 저항성 종단 소자(R_TP, R_TN)의 나머지 단부는 접지에 연결된다. 고주파 신호 경로(52, 54) 각각은 입력 저항성 소자(R_DP, R_DN), 제어 임피던스 전송 선로(58, 60), 및 저항성 종단 소자(R_TP, R_TN)로 이루어지는 Z_O 감쇠기 회로를 형성한다. 각 Z_O 감쇠기 회로는 각 블록킹 커패시터(C_AP, C_AN)와 결합하여 고역 통과 필터 회로를 형성한다. 블록킹 커패시터(C_AP, C_AN)의 양단에 연결된 것은 중간주파 신호를 통해 DC를 차동 증폭기(56)의 입력에 연결하는 차동 능동 저역 통과 필터 회로(62)이다. 차동 능동 저역 통과 필터 회로(62)는 DC에서 차동 증폭기(56)의 대역폭까지 전체에 걸쳐 평탄한 주파수 응답을 얻기 위해 각각 R_DP, C_AP, R_TP와 R_DN, C_AN, R_TN으로 구성되는 고주파 입력 경로(52, 54)의 고역 통과 필터 특성에 대한 주파수 응답과 정합하는 저역 통과 특성을 가져야 한다.

도 6a 및 도 6b는 차동 능동 저역 통과 필터 회로(62)의 두 가지 실시예를 나타낸다. 도 6a는 차동 입력 신호를 수신하기 위한 제1 및 제2 입력을 가지며, 제1 및 제2 출력에 연결되는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성 하는 전압 증폭기 회로(70)를 나타낸다. 제1 및 제2 고주파 신호 경로(52, 54)는 블록킹 커패시터(C_AP, C_AN) 앞에서 분기되어 입력 저항기(R_AP, R_AN)를 통해 차동 입력 신호를 전압 증폭기(72)의 제1 및 제2 입력에 공급하며, R_AP와 R_AN은 저주파에서 차동 입력 신호에 대해 높은 임피던스를 나타내는 저항값을 갖는다. 전압 증폭기 내에서, 차동 입력 신호 상에 나타날 수 있는 공통 모드 신호를 제거(reject)하기 위해 차동 입력 신호의 상보성 양 및 음의 신호 중 하나는 반전되어 가산 회로(74)에서 다른 상보성 차동 신호와 가산된다. 도 6a의 구체적인 실시예에서는 상보성 음의 신호가 반전된다. 가산된 차동 입력 신호는 개별 증폭기 회로(76, 78)로 연결되어 증폭된다. 증폭기(76, 78) 중 하나의 출력이 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성하기 위해 반전된다. 이와는 달리, 개별 증폭기 회로(76, 78)은 단일 차동 출력단(output stage)일 수 있다. 저항성 용량성 피드백 소자(R_BP, C_BP 그리고 R_BN, C_BN)은 각각 제1 입력과 제1 출력 사이, 그리고 제2 입력과 제2 출력 사이에 연결된다. 피드백 소자의 임피던스는 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성하는 차동 입력 신호의 주파수의 함수로 변화한다. 상보성 음의 저역 통과 필터링된 신호는 출력 저항기(R_XP)를 통해 블록킹 커패시터(C_AN) 뒤에서 제2 고주파 신호 경로(54)에 연결되고, 상보성 양의 저역 통과 필터링된 신호는 출력 저항기(R_XN)를 통해 블록킹 커패시터(C_AP) 뒤에서 제1 고주파 신호 경로(52)에 결합된다. 전압 증폭기(72)는 R_TN과 병렬인 R_XN 및 R_TP와 병렬인 R_XP로 끝나는 저 임피던스 출력 을 갖는다. 따라서, R_XN과 R_TN 및 R_XP와 R_TP의 병렬 결합은 결과 병렬 저항이 제어 임피던스 전송 라인(58, 60)의 임피던스와 정합하도록 설정되어야 한다.

제1 및 제2 고주파 신호 경로(52, 54) 상의 고역 통과 필터링된 차동 신호는 전압 증폭기 회로(70)로부터의 저역 통과 필터링된 차동 신호와 결합하여 DC에서 15 GHz 이상까지의 주파수 응답을 가지는 공통 모드 제거 차동 신호(common mode rejected differential signal)를 생성한다. 공통 모드 제거 차동 신호는 차동 증폭기(56)의 입력에 결합된다. 차동 증폭기(56)의 입력에서의 공통 모드 제거 차동 신호의 계단 응답(step response)은, 시간 응답 그래프(80)로 나타낸 바와 같이, 고역 통과 필터링된 제1 및 제2 고주파 입력 신호 경로(52, 54)의 계단 응답과 저역 통과 필터 전압 증폭기 회로(70)의 계단 응답의 결합이다.

차동 증폭기(56)의 입력에서의 공통 모드 제거 차동 신호의 주파수 응답은은, 주파수 응답 그래프(82)로 나타낸 바와 같이, 저역 통과 필터 전압 증폭기 회로(70)의 주파수 응답과 고역 통과 필터링된 제1 및 제2 고주파 입력 신호 경로(52, 54)의 결합이다. 회로의 τ가 C_BP × R_BP = C_AP × (Z₀ × R_DP)/(Z₀ + R_DP)와 같고, 위의 식에서 Z₀는 R_TP와 C_BN × R_BN = C_AN × (Z₀ × R_DN)/(Z₀ + R_DN) 같고, Z₀는 R_TN과 같을 때, 평탄한 주파수 응답이 발생한다.

도 6a의 회로는 또한 그 출력이 원폴(one-pole) 저역 통과 응답을 가지는 한다른 회로 설계를 사용하거나 규격품(off the shelf components)을 사용하는 방법 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)로 구현될 수 있으며, 고주파 경로(52, 54)와 공동으로 평탄한 낮은 중간주파 응답을 발생한다.

도 6b는 "gm" 트랜스컨덕턴스와 차동 입력 전압 신호를 수신하기 위한 제1 및 제2 입력을 가지며, 제1 및 제2 출력에 연결되는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 전류 신호를 생성하는 트랜스컨덕턴스 증폭기(90)을 나타낸다. 제1 및 제2 고주파 신호 경로(52, 54)는 블록킹 커패시터(C_AP, C_AN) 앞에서 분기되어 입력 저항기(R_AP, R_AN)를 통해 차동 입력 신호를 트랜스컨덕턴스 증폭기(90)의 제1 및 제2 입력에 공급한다. 앞서 설명한 전압 증폭기 회로(70)와 같이, R_AP와 R_AN은 저주파에서 차동 입력 신호에 대해 높은 임피던스를 나타내는 저항값을 갖는다. 트랜스컨덕턴스 증폭기 내에서, 차동 입력 신호 상에 나타날 수 있는 공통 모드 신호를 제거하기 위해 차동 입력 신호의 상보성 양 및 음의 신호 중 하나는 반전되어 가산 회로(92)에서 다른 상보성 차동 신호와 가산된다. 도 6b의 구체적인 실시예에서는 상보성 음의 신호가 반전된다. 가산된 차동 입력 신호는 개별 증폭기 회로(94, 96)에 결합되어 증폭된다. 증폭기(94, 96) 중 하나의 출력이, 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성하기 위해 반전된다. 이와는 달리, 개별 증폭기 회로(94, 96)는 단일 차동 트랜스컨덕턴스 증폭기 출력단(output stage)일 수 있다. 상보성 음의 저역 통과 필터링된 전류 신호는 출력 저항기(R_XP)를 통해 블록킹 커패시터(C_AN) 뒤의 제2 고주파 신호 경로(54)에 결합되고, 상보성 양의 저역 통과 필터링된 전류 신호는 출력 저항기(R_XN)를 통해 블록킹 커패시터(C_AP) 뒤에서 제1 고 주파 신호 경로(52)에 결합된다. 트랜스컨덕턴스 증폭기(90)의 고 임피던스 출력과 출력 저항기(R_XP, R_XN)의 결합은 R_TP와 R_TN에 고 임피던스를 제공한다. 그 결과, R_TP와 R_TN의 저항값은 제어 임피던스 전송 라인(58, 60)의 임피던스와 정합하도록 설정되어야 한다. 회로의 τ가 C_AP × (Z₀ × R_DP)/(Z₀ + R_DP)와 같고, 위의 식에서 Z₀는 R_TP 및 C_AN × (Z₀ × R_DN)/(Z₀ + R_DN) 같고, Z₀는 R_TN과 같을 때, 평탄한 주파수 응답이 발생한다.

전술한 광대역폭 감소기 입력 회로(50)의 이점은 고주파 입력 경로(52, 54)의 커패시터 수를 감소시키는 것이다. 전술한 차동 회로에서, 고주파 회로 각각은 두 개의 커패시터 C_AP, C_BP와 C_AN, C_AP를 구비한다. 블록킹 커패시터는 고주파에서 와류(parasitics)를 발생시킬 수 있기 때문에 고주파 입력 경로(52, 54)에서의 커패시터 수를 줄이는 것은 원하지 않는 와류의 기회를 줄인다. R_TP과 R_TN을 직접 접지로 종단시키는 능력은 고속 종결 설계(temination design)를 향상시키고, 설계에 대한 집적 회로 완성의 종결을 허용한다.

또한, 많은 초고속 차동 증폭기가 제한된 DC 공통 모드 범위를 가지기 때문에, 차동 능동 저역 통과 필터 회로(62)는 차동 증폭기(56)의 바이어싱을 단순화하는(simplyfying baising) 저주파에서 공통모드 신호를 통과시키지 않는다. 또한 임의의 조정(trimming)이 차동 능동 저역 통과 필터 회로(62)에서 수행되고 고주파 입력 경로(52, 54)에서 수행되지 않는다.

이 기술분야의 당업자에게는 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않으면서 본 발명의 전술한 실시예의 세부 내용에 많은 변경을 가할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims

피시험 장치로부터 입력 신호를 수신하는 능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 입력 감쇠 회로로서,

분류 저항성/용량성 소자에 연결된 직렬 저항성/용량성 소자를 구비하는 보상 RC 분압기 네트워크;

분류 저항성 소자에 연결된 직렬 저항성 소자를 구비하되, 상기 직렬 저항성 소자는 상기 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자에 연결되고 상기 분류 저항성 소자는 상기 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자에 연결되는 저항성 Z₀ 분압기 네트워크;

상기 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자를, 상기 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자와 직렬로 연결된 상기 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자와 함께, 상기 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자에 연결하는 전송 선로; 및

상기 전송 선로와 상기 저항성 Z0 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자가 접합점(junction)에 연결되는 버퍼 증폭기

를 포함하는 광대역폭 입력 감쇠 회로.
제1항에 있어서,

상기 전송 선로는 코플래너(co-planar) 전송 선로인 것을 특징으로 하는 광대역폭 입력 감쇠 회로.
제1항에 있어서,

상기 전송 선로는 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 광대역폭 입력 감쇠 회로.
제1항에 있어서,

상기 동축 케이블은 저항성 신호 도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 입력 감쇠 회로.
제1항에 있어서,

상기 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자는 상기 전송 선로의 특성 임피던스와 실질적으로 동등한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역폭 입력 감쇠 회로.
피시험 장치로부터 입력 신호를 수신하는 능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로로서,

분류 저항성/용량성 소자에 연결된 직렬 저항성/용량성 소자를 구비하는 제1 및 제2 보상 RC 분압기 네트워크;

분류 저항성 소자에 연결된 직렬 저항성 소자를 갖는 저항성 Z₀ 분압기 네트워크를 각각 구비하는 제1 및 제 2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크;

제1 및 제2 전송 선로; 및

제1 및 제2 입력 갖는 차동 증폭기

를 포함하며,

상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성 소자는 상기 제1 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자에 연결되고 상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자는 상기 제1 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자에 연결되고, 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성 소자는 상기 제2 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자에 연결되고 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자는 상기 제2 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자에 연결되며,

상기 제1 전송 선로는 상기 제1 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자를, 상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자와 직렬로 연결된 상기 제1 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자와 함께, 상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자에 연결하 고, 상기 제2 전송 선로는 상기 제2 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 직렬 저항성/용량성 소자를, 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자와 직렬로 연결된 상기 제2 보상 RC 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성/용량성 소자와 함께, 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자에 연결하는

광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제6항에 있어서,

상기 전송 선로는 코플래너 전송 선로인 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전송 선로는 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제6항에 있어서,

상기 동축 케이블은 저항성 신호 도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자는 상기 제1 및 제2 전송 선로의 특성 임피던스와 실질적으로 동등한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
피시험 장치로부터 차동 입력 신호를 수신하는 능동 전압 측정 프로브용 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로로서,

각각 직렬 연결된 전송 선로와 블록킹 커패시터를 통해 분류 저항성 소자에 연결된 직렬 저항성 소자를 갖는 저항성 Z₀ 분압기 네트워크를 구비하고, 상기 차동 입력 신호를 수신하며, 고역 통과 필터 주파수 응답을 가지는 제1 및 제2 고주파 신호 경로;

상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로의 블록킹 커패시터 양단에 연결되며, 상기 블록킹 커패시터 앞의 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로로부터 상기 차동 입력 신호를 수신하고 상기 블록킹 커패시터 뒤의 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로에 연결되는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 신호를 생성하며, 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로 각각의 주파수 응답과 정합하는 저역 통과 특성을 가지는 차동 능동 저역 통과 필터 회로; 및

상기 제1 고주파 신호 경로 내의 상기 제1 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자의 접합점에 연결된 제1 입력 및 상기 제2 고주파 신호 경로 내의 상기 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자의 접합점에 연 결된 제2 입력을 구비하는 차동 증폭기

를 포함하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 차동 능동 저역 통과 필터 회로는 상기 제1 및 제2 주파수 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 앞에서 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로에 연결된 제1 및 제2 입력을 가지고, 상기 차동 입력 신호를 수신하며, 상보성 양(positive) 및 음(negative)의 성분 신호를 가지는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 출력 신호를 생성하는 전압 증폭기 회로를 포함하고,

상기 양의 성분 신호는 상기 제1 고주파 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제1 고주파 신호 경로에 연결되고, 상기 음의 성분 신호는 상기 제2 고주파 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제2 고주파 신호 경로에 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 차동 능동 저역 통과 필터 회로는 상기 제1 및 제2 주파수 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 앞에서 상기 제1 및 제2 고주파 신호 경로에 연결된 제1 및 제2 입력을 가지고, 상기 차동 입력 신호를 수신하며, 상보성 양 및 음의 성분 신호를 가지는 증폭되고 저역 통과 필터링된 차동 전류 신호를 생성하는 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 포함하고,

상기 양의 성분 신호는 상기 제1 고주파 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제1 고주파 신호 경로에 연결되고, 상기 음의 성분 신호는 상기 제2 고주파 신호 경로의 상기 블록킹 커패시터 뒤에서 상기 제2 고주파 신호 경로에 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 전송 선로는 코플래너 전송 선로인 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전송 선로는 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 동축 케이블은 저항성 신호 도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 저항성 Z₀ 분압기 네트워크의 상기 분류 저항성 소자는 상 기 제1 및 제2 전송 선로의 특성 임피던스와 실질적으로 동등한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역폭 차동 입력 감쇠 회로.