TWI458990B - 具有ｌｃｒ量測功能之數位電錶 - Google Patents

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Description

具有LCR量測功能之數位電錶
本發明係關於一種數據擷取裝置與方法，用以擷取待測裝置的電子特性，尤指一種可以測量LCR(電感、電容與電阻)值的手持式數位電錶(Digital Multi-Meter：DMM)，其乃將測量被動元件之LCR等等數據值的電路整合入手持式之合乎安規的數位電錶之中，舉一具體實施例，乃一適用於LCR平衡電橋的類比式前端晶片，而具有數位電錶(DMM)功能者。
傳統的數位電錶(DMM)乃為一種資料擷取裝置，並且其具有數種量測模式，用以擷取不同種類的數據，例如電壓、電流以及電阻等等。近來很多數位式電錶，特別是手持式的數位電錶，都是由積體電路所製成的測量電路以及電性耦合到這些測量電路的探針所組成。因為數位電錶是要用來測量具有未知電壓/電流之裝置的，所以依據法規，在獲准上市之前，所有數位電錶產品都必須通過安規測試。另外，在某些環境下，例如粗心的使用者或是新手的操作者進行操作時，待測物(Device-under-test：DUT)上的未知電壓/電流可能遠高於數位電錶的額定值。所以很容易理解的是，基於積體電路的特性，以及避免數位電錶免於過載或損壞，很重要的一點是必須限制來自待測物的輸入電壓及電流。在傳統的方式裡面，用以保護數位電錶中的積體電路免於損壞，是在探針以及積體電路之間加入保護裝置或保護電路，這些裝置或電路一般而言可以是具有高電阻的材料，或是具有 正溫度係數(Positive Temperature Coefficient：PTC)的電阻。
數位電錶一般的量測範圍是介於400毫伏特(mV)到4000伏特、40微安培(μA)到4安培以及40歐姆(Ω)到40百萬歐姆(MΩ)之間，其範圍的選擇可以用轉盤或範圍選擇鍵來進行，對電壓、電流及電阻的量測模式(measurement mode)之選擇，可以用轉盤來進行，並且量測範圍的選擇可以用自動(auto range)或手動的方式來進行。有數種不同的測量模式-例如DCV、ACV、DCA以及ACA-係用直流(DC)或交流(AC)來測量電壓和電流。近來有一些新發展出來的數位電錶加入了電容和頻率的量測模式，其量測範圍可以分別是4奈法拉(nF)到40毫法拉(mF)以及4赫茲(Hz)到40百萬赫茲(MHz)。在測量頻率的時候，有一些模式可以用來測量工作周期(Duty Cycle)，另外，即使選擇了ACV或ACA做為測量模式，數位電錶也可以同時測量頻率。
為了確保數位電錶的使用安全，所有的數位電錶都必須符合安規，例如CE600V、CE1000V或是CAT600V、CAT1000V，其顯示的是數位電錶之電壓額定值。例如CE600V標準代表的是，當對數位電錶的探針或夾具施以600伏特(或以下)的電壓時，數位電錶不會因此焚毀或壞掉，其保護方法是在數位電錶和其探針或夾具之間，加入適當的電阻。
用以測量電感(L)、電容(C)與電阻(R)的另外一種資料擷取裝置，就是一般所知的LCR電錶或LCR電橋或具有LCR功能的電錶…等等，而由其所量到的待測物的電感(inductance：L)和電容(capacitance：C)以及電阻(resistance：R)，可以計算出待測物的阻抗(impedance)。在理論上，電容以及電感所產生的阻抗，可以合稱電抗(reactance)，並且形成複數形態的阻抗之虛數部分(imaginary part)，而電阻就形成實數部分(real part)，這是在交流電 路中電壓對電流的複數比值。其中的感抗(inductive reactance)等於2π fL ，其中f 代表頻率而L 代表電感值，容抗等於，C代表的是電容。交流電路的頻率越高，其導致的容抗越低，並且感抗越高。換言之，所測量到的電抗會是所測量到的頻率之函數。此外，電感或電容本身也是頻率的函數，此稱之為頻率響應。因此，為了要指出一個電感或電容的值，應該提供其測試條件，在此為測量頻率。
因為LCR電錶是設計來測量被動元件，所以傳統上，是要被直接電性耦合到待測物，而不需要因為安規等因素而在其間以電阻串聯。
當待測物是一個電阻或是電容時，是以傳統數位電錶電性耦合到待測物，藉以施加電壓或電流到待測物上，然後所產生的電壓或電流即可用以決定待測物的電阻值或電容值。因此，施加於待測物上的電壓或電流之波形通常是直流或是三角波，幾乎沒有數位電錶是可以用來測量電感的，即便是有，其測量用的頻率通常也只能限定在直流或是低頻。因此要取出電抗性元件的頻率響應，特別是若想延伸到較高頻率範圍時，以傳統的數位電錶是無法達到上述目標的。
一般的LCR電錶使用的是平衡電橋架構，例如在第一圖中，對待測物施以交流訊號(電壓或電流)，然後擷取其(複數形式的)阻抗，此交流訊號是一個單一頻率的訊號，例如，一個純弦波訊號，所以可以獲得該待測物在該頻率的電子特性。換句話說，為了要獲取該待測物的頻率響應，一個LCR電錶就必須要能提供不同的測量頻率。例如一般的LCR電錶提供的訊號有100Hz、120Hz、1KHz以及10KHz，有一些LCR電錶提供更高頻率的訊號，例如100KHz或1MHz。
在第二A圖中，元件V.C.代表電壓箝制電路(voltage clamping circuit)，其通常是由電晶體(如第二B圖所示)或是二極體(如第二C圖所示)。前述保護電路是在何種條件下進行怎樣的運作呢？當其輸入電壓超過輸入額定值時，電晶體會導通、崩潰並由輸入端汲取大部份的電流，藉此將流進積體電路的電流限制在一定的準位以下，因而保護了積體電路製成的數位電錶免於損壞，然而即使在前述情況下，在輸入電壓施於積體電路的時候，其準位仍有可能太高，因此加入一個正溫度係數的電阻在輸入路徑上，以在其間創造出電壓降，藉以降低施於積體電路上的電壓。
在另一方面，關於電流保護裝置，請參考第二A圖，TμA/mA端代表電流範圍約在μA或mA的電流輸入端，T10A端代表電流範圍約在10A的電流輸入端，而由TμA/mA端和T10A端進去的電阻是電流分流電阻(current shunt resistor)RCSR，係用於將輸入電流轉換成電壓訊號，並經由針腳PI-IN將此訊號饋入到數位電錶(DMM)測量積體電路，當數位電錶用來測量一個訊號時，該訊號會通過一個相應的輸入路徑，此輸入路徑被選中，是藉由滑動開關(slide switch)或是開關轉盤(switch knob)或是按鍵來進行。同一時間，沒有被選中的輸入路徑，是經由把相關的滑動開關打開而將這些輸入路徑保持開路。上述這些滑動開關可以包含SWμA,SWmA,SWHz,SWR/C/DIODE/CONT.以及SWV/R/C/DIODE/CONT.，因此，在另一方面，此結構對於數位電錶測量積體電路而言，也執行了保護安全的功用。
整個傳統數位電錶的結構除了第二A圖所顯示的結構(數位電錶測量電路400及其輸入路徑上所有元件)之外，其於部分皆在其下一級，例如下級處理電路410與顯示裝置420。因為此部分並不涉及本揭露書所要說 明的部份，只是配合說明整體運作所需，所以其中細節未在此贅述。
至於數位電錶的運作，請參照第三A圖，當數位電錶被用來測量電壓的時候，電壓源V的一端被電性耦合到TV/R+/C+端，而電壓源V的另一端被耦合到TCOM端。另外，相關的滑動開關SWV/R/C/DIODE/CONT.是閉合(短路)的，並且相關的兩支針腳PV-IN以及PSGND係被耦合到電壓源V的兩個端點，因此數位電錶得以測量電壓源V的數值。然後將所測到的數值之訊號送到下級處理電路410處理，以將此訊號轉成適合於顯示器顯示的訊號，然後再送到顯示器420以將該數值顯示給使用者讀取。接著請參照第三B圖，當數位電錶使用的場合是用來測量待測物，例如電阻、二極體、電容、或電性導通，則滑動開關SWV/R/C/DIODE/CONT.與SWR/C/DIODE/CONT.是閉合的，並且相應的針腳PV-IN以及Psource-A係經由TV/R+/C+端而電性耦合到待測物的一端，而針腳PSGND係經由TCOM(V-/A-/C-/R-)端而電性耦合到待測物的另外一端。藉由以上說明，數位電錶可以用來測量電阻、二極體、電容、或是電性是否導通。請參照第三C圖，當數位電錶使用的場合是用來測量頻率時，訊號源S的一端被耦合到TV/R+/C+端，並且訊號源S的另外一端被耦合到TCOM(V-/A-/C-/R-).端，此外，相應的滑動開關SWHz係為閉合的，並且相應的兩個針腳PFREQ以及PSGND係相應地電性耦合到訊號源S的兩端，因此數位電錶得以量測訊號源S之頻率。
請參照第四圖，其為LCR電錶490的結構，並且LCR電錶中的LCR測量電路500可以用來測量被動元件(然後把測量到的數值傳到下級處理電路510處理，以將此訊號轉成適合於顯示裝置顯示的訊號，然後再送到顯示裝置520以將該數值顯示給使用者讀取。上述的說明即進行了LCR電 錶中的處理而最終將數值顯示在其顯示器上)，例如電感、電容及電阻，並不是用來直接測量電流或電壓，因此，電性耦合到TLCR+端的電壓箝制電路(V.C.)已經足以將輸入電壓限制在某個準位以下，所以在輸入路徑裡面，不需再考慮過高的電壓可能超過安全標準而再另外加保護裝置(例如PTC)的問題。
如第五圖所示，其中顯示了對待測物測量(換言之，測量待測物的數值)以獲得數據的時候，LCR電錶490的輸入路徑之電路。在對待測物測量數值的時候，一個交流電流由針腳PFORCE+送出，經由待測物而到達針腳PFORCE-。然後針腳PSENSE+與針腳PSENSE-擷取待測物上的電壓降，並將此電壓降傳送到類比數位轉換器(Analog Digital Converter：ADC)以及處理器，以計算待測物之阻抗值。然後將含有此阻抗值的訊號傳到下級處理電路510處理，以將此訊號轉成適合於顯示裝置顯示的訊號，然後再送到顯示裝置520以將該數值顯示給使用者讀取。前述的類比數位轉換器和處理器並沒有單獨顯示出來，因為他們是如第六圖中傳統的LCR電錶600中的阻抗測量電路800的一部分。並且傳統LCR電錶600可以分為LCR測量電路810、下級處理電路820以及顯示裝置830，以上這些都是傳統LCR電錶之一部分，此外，阻抗測量電路800也早就廣泛應用在傳統的LCR電錶之中。
由前面所有敘述可知，數位電錶和LCR電錶在用來進行測量時，是各自形成在各自的機殼內，而要使用時才分別以其對待測物進行測量。然而對使用者來說，如果要在同一個地方進行數位電錶和LCR電錶的測量時，使用者必就必須攜帶兩個電錶，這是相當不方便的。因此若有人能將此二種電錶結合在一個機殼或容器內，就能解決此一長久以來的困擾。 但不幸的是，要進行上述的做法，並不像把兩個電錶放入同一容器內那麼單純，而此二種攜帶式電錶既不共用電路板也不共用積體電路之底材(substrate)。就傳統技術而言，第一個無法進行上述整合的原因是LCR電錶之電路複雜度很高，使得要將LCR電錶以積體電路的方式實現之困難度很高，更不用談要將LCR電錶的電路納入數位電錶的電路之中了。第二個無法進行上述整合的原因是數位電錶中的保護電路，不只是因為法規的需求而存在，同時它也保證了使用者在使用時的安全性。若數位電錶的保護電路是一個大電阻，例如具有正溫度係數的電阻，被加到LCR電錶的輸入路徑上，則此狀況下由待測物上所擷取的數據之訊雜比(Signal-to-Noice Ratio：SNR)將會被衰減，並且將會嚴重限縮其可用的量測範圍，甚至嚴重降低測量結果的準確率。
本發明之主要目的在藉由提供一種資料擷取裝置，其係將LCR電錶整合到例如數位電錶(DMM)的機殼中，以提供使用者更方便地使用兩種電錶。
本發明之目的進一步在提供一種資料擷取裝置，其係將LCR電錶整合到例如手持式數位電錶(DMM)的機殼中，提供使用者更方便地使用兩種電錶。
本發明係關於一種資料擷取裝置，係被容納於一個機殼內，可應用於測量待測物(DUT)的數值或參數，本資料擷取裝置包含有數位電錶以及LCR測量電路，其中數位電錶測量電路被電性耦合到第一端以及第二端(或可稱為接地端)，機殼上分別對於第一端以及第二端各自提供一孔洞，讓 機殼外表面之外的物體得以透過該孔洞而電性耦合到第一端以及第二端。並且數位電錶測量電路之輸出端被電性耦合到下級處理電路的輸入端，該數位電錶測量電路之輸出即為該資料擷取裝置之第一種輸出。其中第一端被電性耦合到直流電阻輸入路徑，直流電阻輸入路徑具有直流電阻輸入滑動開關以及第一保護裝置。此機殼可以是手持式的或桌上型的。LCR測量電路之輸出端被電性耦合到該下級處理電路的輸入端，該下級處理電路係用於處理該數位電錶測量電路的輸出(第一種輸出)以及該LCR測量電路的輸出(第二種輸出)，使用者對資料擷取裝置的操作，使得多數個滑動開關運作而決定了第一種輸出或是第二種輸出饋送到下級處理電路，然後下級處理電路將訊號處理使得其適合顯示裝置處理之後，就將其輸出送到機殼或資料擷取裝置上的顯示裝置，讓使用者讀取該數值。
LCR電錶中的LCR測量電路，包含有阻抗測量電路以及自動歸零放大器。自動歸零放大器係被選擇性地分別經過第一LCR輸入路徑而電性耦合到第一端，並經過另一LCR輸入路徑而電性耦合到第二端。LCR測量電路係被選擇性地分別經過一電壓饋入路徑而電性耦合到第一端，並經過另一電壓饋入路徑而電性耦合到第二端。
二個LCR輸入路徑以及二個電壓饋入路徑中的每一個各自都有一個LCR滑動開關，所有LCR滑動開關的狀態之改變係同步進行，二個電壓饋入路徑中的一個，經由第一保護裝置而將LCR測量電路電性耦合到第一端，在所有的LCR滑動開關都閉合時，在待測物上的電壓降係被自動歸零放大器所放大，然後被饋入阻抗測量電路以決定待測物的阻抗值並輸出，此即該資料擷取裝置之第二種輸出，並且使用者對此資料擷取裝置的操 作，使得該第一種輸出與該第二種輸出其中之一成為該量測輸出。
本發明的一實施例之資料擷取裝置也可以包含：第一電流端以及第二電流端，其機殼分別對於第一電流端以及第二電流端各自提供一孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一電流端以及該第二電流端。依據本發明的資料擷取裝置包含有數位電錶，其中數位電錶包含有數位電錶測量電路、下及處理電路以及顯示裝置，其中的數位電錶測量電路被選擇性地，分別經由具有第一電流滑動開關以及第二電流滑動開關之電流輸入路徑而被電性耦合到第一電流端，並經由具有數位電錶滑動開關的接地路徑而被電性耦合到第二端。第一端係經由直流電阻輸入路徑而被電性耦合到數位電錶測量電路。
其中數位電錶測量電路係選擇性地經由具有電壓輸入滑動開關的電壓輸入路徑，或經由直流電阻輸入路徑而被電性耦合到第一端。電壓輸入滑動開關的一端係被電性耦合到第一電壓箝制電路的一端以及數位電錶測量電路。電壓輸入滑動開關的另一端係經由第二保護裝置而被電性耦合到第一端，並且數位電錶滑動開關係被電性耦合到第二端。
本發明的一實施例之資料擷取裝置在數位電錶滑動開關以及電壓輸入滑動開關之狀態皆為閉合時，係被用以測量第一端以及第二端之間的電壓降。另外，上述之直流電阻輸入路徑將數位電錶測量電路電性耦合到直流電阻輸入滑動開關，直流電阻輸入滑動開關的一端經由第三保護裝置而電性耦合到第一端，直流電阻輸入滑動開關的另一端係被電性耦合到第二電壓箝制電路的一端，並且也被電性耦合到數位電錶測量電路。數位電錶滑動開關係被電性耦合到第二端，而電壓輸入滑動開關的另一端 係經由第二保護電路而被電性耦合到第一端。
本發明的一實施例之資料擷取裝置被用來測量第一端與第二端之間的直流電阻，係發生在使用者操作此資料擷取裝置而使得當所有下列三個滑動開關閉合時：電性耦合到第三保護電路的相應數位電錶功能選擇滑動開關、電性耦合到第二保護電路的相應數位電錶功能選擇滑動開關以及數位電錶滑動開關。另外，本發明的一實施例之資料擷取裝置中，當數位電錶滑動開關狀態為開路時，其中第一端與第二端之間的電壓降係被用來決定阻抗值。
本發明的一實施例之資料擷取裝置中，當上述之數位電錶滑動開關的一端被電性耦合到第二端以及第一電流分流電阻的一端時，第一電流分流電阻的另一端係經由第一保險絲而被電性耦合到第二電流端。第一電流分流電阻的另一端係經由連接到電流滑動開關組及第二保險絲的第二電流分流電阻被電性耦合到第一電流端。電流滑動開關組包含有第一電流滑動開關、第二電流滑動開關以及第三電流分流電阻，第三電流分流電阻將第一電流滑動開關的一端電性耦合到第二電流滑動開關之一端。
當數位電錶滑動開關閉合，並且第一電流滑動開關以及第二電流滑動開關中至少一個是開路時，上述之第一電流分流電阻、第二電流分流電阻以及第三電流分流電阻上的電壓降係用於決定經由第二端的電流。且上述之第一電流滑動開關的一端係被電性耦合到第三電壓箝制電路，而第二電流滑動開關的一端係被電性耦合到第二電流分流電阻的另一端。第一電流滑動開關的另一端以及第二電流滑動開關的另一端係經由前述之第二保險絲而被電性耦合到第一電流端。
本發明的一實施例之資料擷取裝置中，上述之數位電錶可以進一步包含數位電錶測量電路，係用於選擇性地經由具有頻率輸入滑動開關的一頻率輸入路徑而被電性耦合到第一電流端。頻率輸入滑動開關的一端係被經由第三保護裝置而電性耦合到第一端，頻率輸入滑動開關的另一端係經由耦合電容而被電性耦合到數位電錶測量電路以及第四電壓箝制電路，數位電錶滑動開關係被電性耦合到第二端。
當頻率滑動開關及數位電錶滑動開關的狀態都是閉合時，其中上述之資料擷取裝置係用於測量第一端與及第二端之間的訊號之頻率，其中上述之第一保護裝置是一個具有正溫度係數(Positive Temperature Coeffieient)的電阻器，而LCR測量電路係以積體電路形成。
本發明的一實施例之資料擷取裝置中，上述之數位電錶可以進一步包含數位電錶測量電路，數位電錶測量電路係以積體電路形成，並與LCR測量電路一同以積體電路而製造於單一晶片中。其中上述之自動歸零放大器包含有輸入開關、輸出開關、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器。運算放大器包含有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。在歸零階段中，輸入開關係被打開(opened)，以致能(enable)運算放大器的第一輸入端電性耦合到參考接地。同時，輸出開關係為閉合的，以致能運算放大器的輸出端電性耦合到運算放大器之第二輸入端並耦合到歸零電容的一端。
在放大階段中，輸入開關係被閉合，以致能運算放大器的第一輸入端電性耦合到二個LCR輸入路徑中的一個，以擷取輸入電壓而提供給運算放大器，同時，輸出開關係被打開(opened)，以將運算放大器的輸出端 與運算放大器的第二輸入端斷路，同時運算放大器的輸出端上的電壓值係為輸入電壓乘以運算放大器的預設增益值。
本發明的另一實施例之資料擷取裝置中，其中的自動歸零放大器可以包含有反相低通濾波器、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，運算放大器包含有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。在運算放大器的第一輸入端上的輸入電壓係由直流成分與交流成份所組成，輸出端係被電性耦合到歸零電容的一端以及運算放大器的第二端，歸零電容的另一端繫被電性耦合到參考接地，反相低通濾波器的頻寬的選擇係依據預設增益值，以使得歸零電容的端上的電壓達到輸入端上的直流電壓加上運算放大器的偏移電壓值，同時，運算放大器的輸出端上的電壓等於輸入端上的電壓之交流成分乘以預設的增益值。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
v.c.‧‧‧電壓箝制電路(voltage clamping circuit)
TμA/mA 、T10A 、TV/R+/C+ 、TCOM 、TCOM(V-/A-/C-/R-) 、TLCR- 及TLCR+ ‧‧‧端點
PV-IN 、PI-IN 、PSGND 、Psource-A 、PFREQ 、PFORCE+ 、PFORCE- 、PSENSE+ 及PSENSE- ‧‧‧針腳
RCSR ‧‧‧電流分流電阻
RCSR1 ‧‧‧第一電流分流電阻
RCSR2 ‧‧‧第二電流分流電阻
RCSR3 ‧‧‧第三電流分流電阻
SWμA 、SWmA 、SWDMM 、SWR/C/DIODE/CONT. 、SWV/R/C/DIODE/CONT. 、SWHz 、SWLCRF- 、SWLCRS- 、SWLCRF+ 及SWLCRS+ ‧‧‧滑動開關
V‧‧‧電壓源
S‧‧‧訊號源
I‧‧‧電路
VIN ‧‧‧輸入訊號
TIN ‧‧‧輸入端
SW SWO ‧‧‧滑動開關
CNUL ‧‧‧歸零電容
VOUT ‧‧‧輸出電壓
DUT‧‧‧待測物
10‧‧‧待測物
400‧‧‧數位電錶測量電路
410‧‧‧下級處理電路
420‧‧‧顯示裝置
490‧‧‧LCR電錶
500‧‧‧LCR測量電路
510‧‧‧下級處理電路
520‧‧‧顯示裝置
600‧‧‧LCR電錶
800‧‧‧阻抗測量電路
810‧‧‧LCR測量電路
820‧‧‧下級處理電路
830‧‧‧顯示裝置
900‧‧‧LCR測量電路
910‧‧‧保護電路(PTC)
915‧‧‧電壓箝制電路(V.C.)
920‧‧‧保護電路
925‧‧‧電壓箝制電路
930‧‧‧自動歸零放大器
940‧‧‧阻抗測量電路
1000‧‧‧資料擷取裝置
1005‧‧‧具有LCR功能的數位電錶測量電路
1007‧‧‧下級處理電路
1008‧‧‧顯示裝置
1010‧‧‧數位電錶測量電路
1011‧‧‧電壓輸入路徑
1012‧‧‧直流電阻輸入路徑
1013‧‧‧頻率輸入路徑
1017‧‧‧第一電壓饋入路徑
1018‧‧‧第一LCR輸入路徑
1020‧‧‧電流輸入路徑
1022‧‧‧接地路徑
1025‧‧‧第二電壓饋入路徑
1026‧‧‧第二LCR輸入路徑
1600‧‧‧運算放大器(輸入緩衝器)
1900‧‧‧反相低通濾波器
第一圖顯示的是一個LCR電錶如何以最簡單的平衡電橋運作之電路圖；第二A圖顯示的是一個傳統的數位電錶中的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示的是數位電錶測量電路的針腳通過相應的滑動開關以及輸入端而連接到所有輸入路徑；第二B圖顯示的是一個利用雙極性電晶體所構成的電壓箝制電路的電路圖；第二C圖顯示的是一個利用二極體所構成的電壓箝制電路的電路圖； 第三A圖顯示的是一個傳統的數位電錶中的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在傳統數位電錶被用來測量兩個相應輸入端之間的電壓時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第三B圖顯示的是一個傳統的數位電錶中的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在傳統數位電錶被用來測量兩個相應輸入端之間的電阻、二極體、電容或電性導通時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第三C圖顯示的是一個傳統的數位電錶中的數位電錶測量電路及其各輸入端及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在傳統數位電錶被用來測量流經兩個相應輸入端之間的訊號的頻率時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第四圖顯示的是一個傳統的LCR電錶的結構中的LCR測量電路及其各輸入端和輸入路徑；第五圖顯示的是當傳統的LCR電錶被用來測量一個待測物的值(參數)時，其傳統的LCR電錶的結構中的LCR測量電路及其各輸入端和輸入路徑；第六圖是一個傳統的LCR電錶中的LCR測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中是在顯示傳統的LCR電錶被用來測量一個待測物的值時，把經由輸入路徑所擷取的電壓做處理的主要元件；第七圖顯示的是依據本發明的一實施例而改良的LCR電錶中的LCR測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其顯示了把經由輸入路徑所擷取的電壓做調整，以達到適合於被本發明改良的LCR測量電路中之傳統LCR 電錶之元件(如阻抗測量電路)做處理的主要元件；第八圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了所有相應輸入路徑以及電性耦合資料擷取裝置以及相應輸入端的電壓饋入路徑，其中的輸入路徑、電壓饋入路徑以及相應的輸入路徑之結構係依據本發明的一個態樣；第九圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在依據本發明的一實施例之資料擷取裝置被用來執行數位電錶的功能以測量兩個相應輸入端之間的電壓時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第十圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在依據本發明的一實施例之資料擷取裝置被用來執行數位電錶的功能以測量流經兩個相應輸入端之間的電流時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第十一圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在依據本發明的一實施例之資料擷取裝置被用來執行數位電錶的功能以測量流經兩個相應輸入端之間的電阻、二極體、電容或電性導通時，輸入路徑及其相應滑動開關如何運作；第十二圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有 LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑，其中顯示了在依據本發明的一實施例之資料擷取裝置被用來做為LCR電錶並藉由交流訊號以測量流經兩個相應輸入端之間的阻抗時，輸入路徑及電壓饋入路徑和其相應滑動開關如何運作；第十三圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路所利用到的自動歸零放大器之工作原理及電路結構圖；第十四圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置中的具有LCR功能的數位電錶測量電路所利用到的自動歸零放大器之電路結構圖，其中該自動歸零放大器係在其第一(歸零)階段；第十五圖顯示的是依據本發明的一實施例之資料擷取裝置所利用到的自動歸零放大器之電路結構圖，其中該自動歸零放大器係在其第二(放大)階段；第十六圖顯示的是依據本發明的一實施例資料擷取裝置中具有LCR功能的數位電錶測量電路及其各輸入端和輸入路徑與電壓饋入路徑之另一態樣，其中顯示了輸入路徑以及電壓饋入路徑和相應滑動開關是如何被重新安排的；以及第十七圖顯示的是依據本發明的實施例之資料擷取裝置所利用到的自動歸零放大器之另一實施例的電路結構圖，其中的所有輸入和輸出端皆與前一實施例相同，相對地，本實施例係利用反相低通濾波器，因此對自動歸零放大器所提供的相位變換，在本實施例中也不再需要了。
在此，本發明將參照後續的特定實施例加以詳細說明，而這 些實施例只是用來解說本發明，反之，本發明並不限於這些實施例的範圍之內。
在依據本發明的一個實施例之一個態樣中，為了將數位電錶和LCR電錶容納在同一個機殼裡面(此處的機殼可以是手持式機殼)本發明修改了輸入路徑以及一部分的積體電路，以使得依據本發明所製成的數據擷取裝置能夠用來做為數位電錶，同時也可以做為LCR電錶。總而言之，依據本發明的數據擷取裝置是一個具有LCR數據測量功能的數位電錶，當然此處指的數位電錶也可以是多功能數位電錶。
為了將LCR電錶納入數位電錶(DMM)之中，雖然LCR電錶的電路非常複雜，本發明之中的LCR電錶仍是以積體電路建構而成，將數位電錶的電路容納進去，並且二者可以是形成在同一積體電路的底材上。此外，本發明的數據擷取裝置之輸入路徑上具有保護電路(例如正溫度係數電阻)，以保護其中的數位電錶(DMM)，甚至為了要進行準確地阻抗測量(LCR量測功能)，依據本發明的數據擷取裝置也克服了因為保護電路置入其輸入路徑而產生的LCR量測問題。
請參照第七圖，LCR測量電路900是依據本發明的數據擷取裝置之一部分(前端晶片)，待測物(Device Under Test：DUT)10的一端被電性耦合到輸入端TLCR-，另一端被電性耦合到TLCR+端。而保護電路910，在一實施例中為正溫度係數的電阻(PTC)，被經由第一LCR輸入路徑電性耦合到電壓箝制電路(V.C.)915的一端，並也電性耦合到LCR測量電路900的針腳PSENSE+。相似地，保護電路920，在一實施例中為正溫度係數的電阻(PTC)， 其一端被經由電壓饋入路徑電性耦合到TLCR+端，並且保護電路920的另一端，被經由電壓饋入路徑電性耦合到電壓箝制電路(V.C.)925的一端，同時電性耦合到LCR測量電路900的針腳PFORCE+。
另一方面，TLCR-端被電性耦合到LCR測量電路900的針腳PFORCE-，此外，TLCR-端經由第二輸入路徑被電性耦合到LCR測量電路900的針腳PSENSE-。依據本發明的一個實施例，當對待測物量取數據時，交流電流由針腳PFORCE+送出，經由待測物DUT流到TFORCE+端，然後針腳PSENSE+與針腳PSENSE-捕獲待測物上的電壓降，並將其饋入到自動歸零放大器930，以去除輸入電壓偏移(input voltage offset)並將所捕獲的電壓降放大到預設的準位，使其適合於下一階段(阻抗測量電路940)的訊號處理，以分析出待測物10的阻抗值。經過自動歸零放大器930的處理之後，所擷取的電壓降經過放大之後，其訊雜比被提升到的準位足以使阻抗測量電路940對其進行分析，並在一預設的準確度之上，計算得出阻抗值，其中的預設之準確度之根據係依賴依據本發明的自動歸零放大器930之設計而定。
在本發明中，雖然在輸入路徑上有保護電路存在，也因此顯著地降低了由待測物10所擷取的電壓降之訊雜比，然而依據本發明的實施例之自動歸零放大器，將訊雜比提高並提供輸入補償電壓的補償，因此所量取的數值之準確度，也就是所擷取的數據之準確度，和傳統LCR電錶所獲取的數據之準確度相較，就足以相提並論。並且要量取待測物的其他非屬於LCR電錶所能量取的數據時，因為相關的滑動開關的打開與閉合，使得下一級所接收到的訊號只有來自數位電錶測量電路，所以此時本發明的數據擷取裝置中，實際處理所擷取到的數據者，其實就是傳統的數位電錶測量 電路(前端晶片)及其下一級，所以其測量的準確度至少和傳統的數位電錶一樣。
由前面的敘述可知，依據本發明所改良的LCR測量電路可以用來與數位電錶結合，例如LCR測量電路與數位電錶中的前端晶片-數位電錶測量電路都電性耦合到下一級，因此這兩個前端晶片處理完所擷取的訊號後，都是送到同一個電路進行處理，以便將數值顯示於顯示裝置上。因此依據本發明所建構的數據擷取裝置不只可以用來執行LCR電錶的功能，以測量待測物(例如被動元件)的數值，同時也可以用來做為一般數位電錶，以測量待測物的數值(例如電壓值、電流值以及電阻值、、、等)。請參照第八圖，其顯示了本發明的一個實施例，其中的資料擷取裝置1000包含了具有LCR功能的數位電錶測量電路1005、下級處理電路1007與顯示裝置1008，其中具有LCR功能的數位電錶測量電路1005包含LCR測量電路900以及數位電錶測量電路1010。在多數的應用中，依據本發明的資料擷取裝置都會被視為具有LCR測量功能的數位電錶，然而本發明的應用並不只限定於將此二種電錶的功能加總而已，只要用了本發明所改過(以自動歸零放大器處理輸入訊號並提供輸入補償電壓之後)的積體電路之LCR電錶，不管所整合在同一機殼中是哪一種電錶，都屬於本發明之範疇，本發明並不限定可以加入此機殼的其他應用。
如第八圖所示，顯而易見並且可以理解的是，除了依據本發明所改良過的LCR測量電路及相應的針腳之外，本發明的資料擷取裝置1000中的具有LCR功能的數位電錶測量電路1005的所有其他針腳(及其所連接電路之功能)，就完全等同於第二A圖所顯示的數位電錶測量電路400之所有針 腳(與其所連接電路之功能)，加上第六圖所示的LCR測量電路810之所有針腳(與其所連接電路之功能)。對第八圖中所有的輸入路徑而言，也等於第二A圖中的所有輸入路徑加上第六圖中的所有輸入路徑，除了下列的修改之外。其一，例如第二A圖中的第一端TV/R+/C+係由三個輸入路徑而被電性耦合到該三個輸入路徑所分別對應的針腳PV-IN、PSOURCE-A與PFREQ，藉由一次一個地閉合該三個輸入路徑中的一個所相應之滑動開關，以致能(enabling)該滑動開關連接的輸入路徑而耦合的針腳之相應的測量模式。另外，第六圖中的第一端TLCR+係分別由第一電壓饋入路徑與第一LCR輸入路徑而電性耦合到LCR測量電路900的針腳PFORCE+與針腳PSENSE+。將其與第八圖做比較，其中第一端TV/R+/C+可以透過下列其中之一：電壓輸入路徑1011、直流電阻輸入路徑1012與頻率輸入路徑1013，及前述三路徑各自對應的針腳PV-IN、PSOURCE-A與PFREQ，電性耦合到數位電錶測量電路1010，藉由一次一個地閉合該三個輸入路徑中的一個所相應之滑動開關(頻率輸入開關SWHz、直流電阻輸入開關SWR/DIODE/CONT.以及電壓輸入開關SWV/R/C/DIODE/CONT.)，以致能(enabling)該數位電錶的三種測量模式。另外，在操作者將測量模式選定為LCR測量模式之後，滑動開關SWLCRS+與SWLCRF+是被閉合的，並且第一端TV/R+/C+係分別由第一電壓饋入路徑1017與第一LCR輸入路徑1018而電性耦合到LCR測量電路900的針腳PFORCE+與針腳PSENSE+。第八圖中的第一端TV/R+/C+此時扮演的角色就像是第六圖中的第一端TLCR+的角色，甚至第八圖中的針腳和第六圖中的針腳具有的作用與功能也基本上相同。
其次，第二A圖中的TCOM(V-/A-/C-/R-)端被電性耦合到電流 分流電阻RCSR的一端、針腳PSGND以及接地。另一部分的電流分流電阻RCSR與其相應的保險絲(fuse)以及電流滑動開關組(包含第一電流滑動開關SWμA以及第二電流滑動開關SWmA)，分別致能(enable)了電流範圍在μA和mA時的測量模式。其中電性耦合該第一電流端TμA/mA與針腳PI-IN的，係為電流輸入路徑1020，而將第一電流分流電阻RCSR1 的一端電性耦合到第二端(接地端)T10A 的是接地路徑1022。第六圖中的TLCR-端係被電性耦合到針腳PFORCE-與針腳PSENSE-(分別經由電壓饋入路徑與輸入路徑)，以電性耦合到LCR測量電路900。將以上敘述類推到本發明的第八圖中，其中的接地端T10A 可以分別經由第二電壓饋入路徑1025以及第二LCR輸入路徑1026而被電性耦合到針腳PFORCE-(經由滑動開關SWLCRF-)以及針腳PSENSE-(經由滑動開關SWLCRS-)，以電性耦合到資料擷取裝置1000，然後饋入到LCR測量電路900。此外，接地端TCOM(V-/A-/C-/R-)可以經由滑動開關SWDMM而被電性耦合到針腳PSGND。特別是滑動開關SWDMM的一端被電性耦合到接地端TCOM(V-/A-/C-/R-)並被耦合到電流分流電阻RCSR的一端，滑動開關SWDMM的另一端被電性耦合到針腳PSGND.。在所選擇的量測模式是數位電錶時，滑動開關SWLCRS-與SWLCRF-會被打開(斷路)，滑動開關SWDMM會被閉合(通路)，並且第八圖中的接地端TCOM(V-/A-/C-/R-)的作用就如第六圖中的端TCOM(V-/A-/C-/R-)所扮演的角色一樣。另外，依據本發明的資料擷取裝置1000在這時候的功能與所進行的資料處理方式，其實是與一個傳統的數位電錶(DMM)相同的。
為了顯示依據本發明的資料擷取裝置如何在各種不同的量測模式之間切換，請參考第九圖。當一個電壓源V被連接到接地端 TCOM(V-/A-/C-/R-)與第一端TV/R+/C+時，相應的滑動開關SWDMM以及電壓輸入滑動開關SWV/R/DIODE/CONT.都會被閉合，並且相應的輸入路徑(電壓饋入路徑及接地路徑)都因此變成電性導通，致能(enable)了數位電錶測量電路1010，藉以擷取電壓源V經過針腳PV-IN以及PSGND之間的電壓降。由此往後，依據本發明的資料擷取裝置1000對於所擷取的資料，就如一般傳統數位電錶中擷取到資料之後一樣的處理方式，繼續送往輸出方向的下一級(下級電路)進行處理，使其適合於顯示裝置顯示，以便將數值顯示在顯示裝置上，以供使用者讀取該數值。
當資料擷取裝置被用來測量電流的時候，請參照第十圖，接地端TCOM(V-/A-/C-/R-)以及第一電流端TμA/mA被串接到電路I，此時相應的滑動開關SWDMM以及第一電流滑動開關SWμA會被閉合，相應的輸入路徑(接地路徑以及電流饋入路徑)成為電性導通，藉此致能了數位電錶測量電路1010，經由針腳PI-IN以及PSGND擷取串接的電流分流電阻RCSR1+RCSR2+RCSR3上的電壓降。由此往後，依據本發明的資料擷取裝置1000對於所擷取的資料，就如一般傳統數位電錶中擷取到資料之後一樣的處理方式，繼續送往輸出方向往下一級進行處理，以便將所擷取的資料藉由顯示裝置顯示出來。在電流滑動開關組(可以包含第一電流滑動開關SWμA以及第二電流滑動開關SWmA)中的選擇動作，可以是自動進行也可以是手動進行，其機制已經廣泛應用在傳統的數位電錶的量測模式的選擇上。
當依據本發明的資料擷取裝置被用來測量待測物(DUT)的各種數據值，例如電壓或電流或其他可以用傳統數位電錶擷取的資料時，請參照第十一圖，接地端TCOM(V-/A-/C-/R-)以及第一端TV/R+/C+被連接到 待測物，此時相應的滑動開關SWDMM以及直流電阻滑動開關SWR/DIODE/CONT和電壓輸入滑動開關SWV/R/DIODE/CONT會被閉合，並且相應的輸入路徑(接地路徑、電壓饋入路徑以及直流電阻饋入路徑)因此成為電性導通，藉此致能了數位電錶測量電路1010，經由針腳PSGND、PSource-A以及PV-IN擷取待測物上的電壓降。訊號處理到此以後，依據本發明的資料擷取裝置1000對於所擷取的資料之處理，就如一般傳統數位電錶中擷取到資料之後一樣的處理方式，繼續送往輸出方向往下一級進行處理，以便將所擷取的資料藉由顯示裝置顯示出來。在滑動開關SWR/DIODE/CONT.以及滑動開關SWV/R/DIODE/CONT.進行選擇之動作，可以是自動進行也可以是手動進行，其機制已經廣泛應用在傳統的數位電錶的量測模式的選擇上。在本揭露書中，滑動開關SWDMM、直流電阻滑動開關SWR/DIODE/CONT.、電壓輸入滑動開關SWV/R/DIODE/CONT.、頻率輸入滑動開關SWHZ、第一電流滑動開關SWμA以及第二電流滑動開關SWmA，被指稱為數位電錶功能選擇開關組。
當待測物透過依照本發明的資料擷取裝置以測量諸如感抗、容抗、阻抗、、、等等以前用傳統LCR電錶才能測量的資料時，就像傳統的LCR電錶一樣，係利用平衡電橋架構，如第一圖所示-施加交流電壓(Vin)或電流(I)到待測物，然後擷取阻抗及其角度，藉以計算出待測物的(電子特性)值。當測量被動元件的阻抗值時，依據本發明的資料擷取裝置也會對待測物施以交流訊號，並且提供不同頻率的操作模式，換言之，使用者在利用本發明的資料擷取裝置以對待測物測量阻抗時，可以改變施加於待測物的電壓/電流之頻率。一般而言，傳統LCR電錶提供的頻率有100Hz、120Hz、 1KHz以及10KHz。高級一點的電錶則可供100KHz乃至1MHz的頻率，本發明的所提供的頻率當然也包含這些範圍。
本發明的資料擷取裝置除了上述與傳統LCR電錶相同的結構以外，為了因應輸入路徑上因為數位電錶而引進的大電阻，本發明加入了自動歸零放大器930。為了詳加解說本發明的資料擷取裝置中的自動歸零放大器，在此揭露中，藉由顯示在第七圖中的自動歸零放大器930做為實施例以說明其運作方式。其中，自動歸零放大器930可以緩衝(buffer)並以增益值K來放大(amplify)輸入訊號(VIN)的振幅。接著請參照第十三圖，將輸入偏移電壓(VOFFSET)列入考慮時，實際輸出電壓VOUT應該等於K(VIN+VOFFSET)，此即為一個單端運算放大器(輸入緩衝器)1600之輸出。為了驗證本發明揭露的資料擷取裝置所利用到的自動歸零放大器之實例的可行性，被經由歸零電容(nulling capacitor)CNUL而參考接地的歸零端TNUL，被用來做為輸入緩衝器1600的另一個輸入端，在此情況下，輸入緩衝器1600的輸出是VOUT=K(VIN+VOFFSET+VNUL)。
當前述機制被用來建構本發明的資料結取裝置的一個實施例中的一個部分時，請參照第十四圖，其運作方式如下所述。第一階段，即歸零階段，滑動開關SW在第一階段中都是開路(斷路)的，所以電壓VIN並沒有被施加輸入端TIN上，反而輸入端TIN是被接地的。在第一階段中，因為介於輸出端和耦合至電容CNUL的輸入緩衝器之另一輸入端之間的滑動開關SWO，其在第一階段中都是閉合(電性導通)的，所以在第一階段中之電容CNUL的一端上的電壓VNUL會出現在輸出端。也因此待第一階段中，輸入緩衝器1600的輸出電壓(VOUT)會等於K(0+VOFFSET+VNUL)。此外，如 第十四圖所示，電容CNUL的一端被直接耦合到輸出端，所以VOUT=VNUL，因此VOUT=K(VOFFSET+VOUT)，所以在第一階段中，電容CNUL的一端上的電壓可以被表示成VNUL=VOUT=〔(K)/(1-K)〕VOFFSET≒-VOFFSET|K>>1。藉由上面所顯示的方程式，可以證明輸入緩衝器之增益K遠大於一的情況下，然後，在第一階段中，輸入緩衝器的偏移電壓的大小|VOFFSET|，實質上可以被當成電容CNUL的一端上之電壓的大小|VNUL|。在輸入緩衝器之增益K遠大於1的情況下，前述二個值之間的差異是可以忽略的，其中輸入緩衝器之增益K的大小，是在設計本發明的數據擷取裝置之電路時就已經決定了的。
在第二階段，亦即放大階段，當輸入緩衝器1600依據本發明的一實施例運作時，請參考第十五圖，在輸入端TIN上的滑動開關SW是閉合的，還有，介於輸出端和另一輸入端之間的滑動開關SWO在此階段中被打開(斷路)。在此階段中輸入電壓等於輸入緩衝器1600的外部，在本發明的一實施例中，係由LCR測量電路900(在第七圖中)的饋入路徑所饋入的電壓。因此請參照第十五圖，在此放大階段中，最後所獲致的輸出電壓VOUT=K(VIN+VOFFSET+VNUL)=K(VIN+VOFFSET+(-VOFFSET))=KVIN。結果輸入緩衝器1600(在第十五圖中)的輸出電壓就等於其輸入電壓乘以其增益K。由以上陳述可以證明自動歸零放大器930(第七圖中)的輸出電壓之中，已經把運算放大器(輸入緩衝器)本身所具有的偏移電壓去除而不會受其影響，並且同時將其輸入電壓放大K倍，此處的K值大小就是輸入緩衝器的增益值，是在設計本發明的資料擷取裝置時的電路設計者可以預設之值。
總而言之，自動歸零放大器930(在第十二圖中)所運用的運算 放大器(換言之，就是第十五圖所顯示的輸入緩衝器1600)，可以恰當地放大由待測物擷取出來的訊號，藉此，儘管在輸入路徑上有大電阻PTC 910與PTC 920，阻抗測量電路940及其所屬的LCR測量電路900在執行LCR測量時，得以大幅提升準確度就像沒有大電阻在其輸入路徑上一樣。依據本發明的資料擷取裝置之一個實施例，更進一步描述輸入緩衝器1600(第十五圖)以及資料擷取裝置1000(第十二圖)的相關運作，第十五圖中的滑動開關SW之狀態都是與滑動開關SWo的狀態相反(互補)的。
由上面的敘述可知，依據本發明的一實施例中的自動歸零放大器至少包含一個輸入滑動開關(SW)、一個輸出滑動開關(SWo)、一個歸零電容(CNUL)以及一個具有增益值為K的輸入緩衝器1600，並且此輸入緩衝器至少包含一個第一輸入端TIN、一個第二輸入端TNUL以及一個輸出端，其具有輸出電壓VOUT。在歸零階段中，輸入滑動開關SW被打開(斷路)，以使輸入緩衝器1600的第一輸入端電性耦合到參考接地(reference-ground)，同時，輸出滑動開關SWo被閉合，使得輸入緩衝器的輸出端被電性耦合到輸入緩衝器的第二輸入端以及歸零電容CNUL的一端。在放大階段中，輸入滑動開關SW被閉合，以使得輸入緩衝器1600的第一輸入端TIN被電性耦合到兩個LCR輸入路徑的其中一個，以擷取輸入電壓而提供給輸入緩衝器。同時，輸出滑動開關SWo被打開(斷路)，以將輸入緩衝器1600的輸出端與輸入緩衝器1600的第二輸入端斷開(disconnect)。在同一時間內，輸入緩衝器1600的輸出端上的電壓值即為輸入電壓VIN乘以預設的增益值K。
依據本發明的資料擷取裝置之一個實施例的電路圖一經揭露，習知此項技藝者極易對部分電路做更動，以使得其電路布局的外觀與 本揭露的實施例不同。例如，把關於LCR測量功能的輸入路徑和電壓饋入路徑之連接方式重新安排，舉例而言，在第八圖中，將前述二路徑自TV/R+/C+斷開，相反地，將其連接到第一電流端TμA/mA，其電路圖顯示在第十六圖中。此修改並沒有對本發明造成實質的改變，實質上，這樣的更動只是對LCR測量功能會用到的輸入路徑和電壓饋入路徑連接到數位電錶輸時選擇不同的連接點而已。另外，在本發明所揭露的實施例中，所有指稱的PTC電阻指的都是因為因應安規須要而做為保護裝置者，這些也可以用其他的裝置代替，例如電阻值在大約一千歐姆到兩千歐姆的電阻。有一些對於本發明所揭露之實施例所做的其他更動，例如將數位電錶測量電路和LCR測量電路各自做在不同的積體電路上，或是各自做在分別的積體電路底材上。其實只要是資料擷取裝置，亦即具有LCR測量功能的數位電錶，在其第一階段可以被用來(做為數位電錶)以測量電壓、電流、頻率、二極體、電阻或電容、、、等等，在其第二階段，可以被用來(做為LCR電錶)以測量被動元件值，例如阻抗、品質因子(quality factor：Q)以及耗損因子(Dissipation factor：D)、、、等，所有前述各種更動，都不脫出本發明的範圍。甚至在本發明的另一實施例中，不需要用到第一階段與第二階段的分別，相反地，在第十三圖的電路圖中，利用了反相低通濾波器(Inverting Low Pass Amplifier)以取代滑動開關SW以及SWO(第十五圖)，此實施例的做法，較之於前一個有利用滑動開關SW與SWO的實施例，此屬於另一個實施例，並且可以讓自動歸零放大器有更佳的表現。
在上述的本發明之另一個實施例中，提及了一個實施自動歸零放大器的方式或結構，請參照第十七圖，此實施例運作時並不需要變換 階段，但是此實施例是利用了一個反相低通濾波器與輸入緩衝器1600一起運作，也因此，本發明的另一實施例能夠去除因為輸入緩衝器而引入的偏移電壓(offset voltage)，另外，輸入訊號(VIN)的直流成分，也因此被阻隔於輸出端(VOUT)之外。
對於直流電流而言，VNUL=-DC{VOUT}，而輸入電壓VIN包含直流與交流成分(VIN=VIN,DC+VIN,AC)，故VNUL=-DC{VOUT}=-K(VIN,DC+VOffset+VNUL)=(-K)〔1/(1+K)〕(VIN,DC+VOffset)=-(VIN,DC+VOffset)|K>>1，VOUT=K(VIN,DC+VIN,AC+VOffse+VNUL)≒K VIN,AC。由前述的方程式可以證明，輸入訊號的直流成分被阻隔在輸出端之外，並且由輸入端來的偏移電壓，在輸出端的訊號中已經被去除而不見任何影響，另外，輸出電壓也等於輸入訊號的交流成分乘以增益值K。於此證明了本發明的資料擷取裝置之另一實施例中的自動歸零放大器，不但可以去除偏移電壓的影響，也可以阻隔輸入訊號(VIN)的直流成分對輸出訊號的影響，並且可以正確地放大由受測物取得的訊號，藉此，由包含在LCR測量電路900中的阻抗測量電路940所擷取的資料(測量到的值)之準確度得以大幅提升，即使在其輸入路徑中，較之於傳統LCR電錶，此實施例中的阻抗測量電路之輸入路徑多了大電阻(如PTC910與920)，但其測量準確度卻不因此而比傳統LCR電錶低。
由前幾段的敘述，請參考第十七圖，在本發明的資料擷取裝置之另一個實施例中的自動歸零放大器至少包含反相低通濾波器1900、歸零電容(此圖中未顯現而是在第十五圖中，其連接方式完全相同)以及一具有增益值K的輸入緩衝器1600。其中的輸入緩衝器至少包含第一輸入端、第二輸 入端以及輸出端，其中的第一輸入端上的輸入電壓包含值流成分與交流成分，而其輸出端被電性耦合到歸零電容的一端以及輸入緩衝器1600的第二輸入端。歸零電容的另一端被電性耦合到參考接地(reference-ground)，另外，反相低通濾波器1900的頻寬之選定，係與預設的增益值K連動的，以使得歸零電容上的一端之電壓達到下列值的準位：輸入電壓的直流成分電壓值加上輸入緩衝器的偏移電壓值。因此輸入緩衝器的輸出端上的電壓值之準位，就等於輸入電壓的交流成分乘以預設的增益值K。
上面所揭露的所有實施例之內容，係用於解說本發明而舉例說明，在本發明揭露之後，習知該項技藝者極易思及各種修改方式。上面的描述、範例以及資料，對於本發明提供了結構上及使用上的解說性之完整的實施例。雖然前述已經對本發明的幾個實施例提出具有某些程度特定性或是參照了一個以上的實施例之說明，但是那些熟知該項技藝者，可能規避前述實施例所提及之元件或電路連接方式，替代以其他屬於較不重要元件或電路連接方式之修改，但這些都應該屬於下列的申請專利範圍的範疇內。
900‧‧‧LCR測量電路
930‧‧‧自動歸零放大器
940‧‧‧阻抗測量電路
1000‧‧‧資料擷取裝置
1005‧‧‧具有LCR功能的數位電錶測量電路
1007‧‧‧下級處理電路
1008‧‧‧顯示裝置
1010‧‧‧數位電錶測量電路

Claims (65)

  1. 一種資料擷取裝置被容納於一個機殼內，係用於測量待測物的數值，該資料擷取裝置處理過程中的量測輸出送到該資料擷取裝置中的下級處理電路之後再送到該機殼上的顯示裝置而顯示該數值，該資料擷取裝置至少包含：數位電錶，該數位電錶至少包含數位電錶測量電路，該數位電錶測量電路被電性耦合到一第一端以及一第二端，該機殼上分別對於該第一端以及該第二端各自提供一孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一端以及該第二端，該第一端被電性耦合到直流電阻輸入路徑，該直流電阻輸入路徑具有直流電阻輸入滑動開關以及第一保護裝置，該數位電錶測量電路之輸出即為該資料擷取裝置之第一種輸出；以及LCR測量電路，該LCR測量電路至少包含阻抗測量電路以及自動歸零放大器，該自動歸零放大器係被選擇性地分別經過第一LCR輸入路徑而電性耦合到該第一端，並經過另一LCR輸入路徑而電性耦合到該第二端，該LCR測量電路係被選擇性地分別經過一電壓饋入路徑而電性耦合到該第一端，並經過另一電壓饋入路徑而電性耦合到該第二端，該二個LCR輸入路 徑以及該二個電壓饋入路徑中的每一個各自都有一個LCR滑動開關，所有LCR滑動開關的狀態之改變係同步進行，該二個電壓饋入路徑中的一個，經由該第一保護裝置而將該LCR測量電路電性耦合到該第一端，在所有的LCR滑動開關都閉合時，在該待測物上的電壓降係被該自動歸零放大器所放大，然後被饋入該阻抗測量電路以計算該待測物的阻抗值並輸出，此即該資料擷取裝置之第二種輸出，使用者的操作使得該第一種輸出與該第二種輸出其中之一成為該量測輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置更包含：第一電流端以及第二電流端，該機殼上對於該第一電流端與該第二電流端各自具有一相應的孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一電流端與該第二電流端，其中該數位電錶至少包含該數位電錶測量電路以及該下級電路，該數位電錶測量電路被選擇性地分別，經由具有第一電流滑動開關以及第二電流滑動開關之電流輸入路徑而被電性耦合到該第一電流端，並經由具有數位電錶滑動開關的接地路徑而被電性耦合到該第二端，該第一端係經由該直流電阻輸入路徑而被電性耦合到該數位電錶測量電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之資料擷取裝置，其中該數位電錶測量電路係選擇性地經由具有電壓輸入滑動開關的電壓輸入路徑，或經由該直流電阻輸入路徑而被電性耦合到該第一端，該電壓輸入滑動開關的一端係被電性耦合到第一電壓箝制電路的一端以及該數位電錶測量電路，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由第二保護裝置而被電性耦合到該第一端，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之資料擷取裝置在該數位電錶滑動開關以及該電壓輸入滑動開關之狀態皆為閉合時，係被用以測量該第一端以及該第二端之間的電壓降。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之資料擷取裝置，其中上述之直流電阻輸入路徑將該數位電錶測量電路電性耦合到直流電阻輸入滑動開關，該直流電阻輸入滑動開關的一端經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該直流電阻輸入滑動開關的另一端係被電性耦合到第二電壓箝制電路的一端，並且也被電性耦合到該數位電錶測量電路，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到第二端，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由該第二保護裝置而被電性耦合到該第一端。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之資料擷取裝置被用來測 量該第一端與該第二端之間的直流電阻，係發生在當所有下列三個滑動開關閉合時：電性耦合到該第三保護裝置的相應數位電錶功能選擇滑動開關、電性耦合到該第二保護裝置的相應數位電錶功能選擇滑動開關以及該數位電錶滑動開關。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之資料擷取裝置，當該數位電錶滑動開關狀態為開路時，其中上述之第一端與該第二端之間的電壓降係被用來決定阻抗。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶滑動開關的一端被電性耦合到該第二端以及第一電流分流電阻的一端，該第一電流分流電阻的另一端係經由第一保險絲而被電性耦合到該第二電流端，該第一電流分流電阻的該另一端係經由連接到電流滑動開關組及第二保險絲的第二電流分流電阻被電性耦合到該第一電流端，該電流滑動開關組至少包含該第一電流滑動開關、該第二電流滑動開關以及第三電流分流電阻，第三電流分流電阻將該第一電流滑動開關的一端電性耦合到該第二電流滑動開關之一端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之資料擷取裝置，當該數位電錶滑動開關閉合，並且該第一電流滑動開關以及該第二電流滑動開關中至少一個是開路時，上述之電流分流 電阻、該第二電流分流電阻以及該第三電流分流電阻上的電壓降係用於決定經由該第二端的電流值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之資料擷取裝置，其中上述之第一電流滑動開關的該一端係被電性耦合到第三電壓箝制電路，該第二電流滑動開關的該一端係被電性耦合到該第二電流分流電阻的另一端，該第一電流滑動開關的另一端以及該第二電流滑動開關的另一端係經由該第二保險絲被電性耦合到該第一電流端。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶更包含數位電錶測量電路，係用於選擇性地經由具有頻率輸入滑動開關的一頻率輸入路徑而被電性耦合到第一端，該頻率輸入滑動開關的一端係被經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該頻率輸入滑動開關的另一端係經由耦合電容而被電性耦合到該數位電錶測量電路以及第四電壓箝制電路，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之資料擷取裝置，當該頻率滑動開關及該數位電錶滑動開關的狀態都是閉合時，其中上述之資料擷取裝置係用於測量該第一端與及該第二端之間的訊號之頻率。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之第一保護裝置是一個具有正溫度係數(Positive Temperature Coeffieient)的電阻器。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之LCR測量電路係以積體電路形成，並且該機殼是一手持式機殼。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶更包含數位電錶測量電路，該數位電錶測量電路係以積體電路形成，並與該LCR測量電路一同以積體電路而製造於單一晶片中。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含輸入開關、輸出開關、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在歸零階段中，該輸入開關係被打開(opened)，以致能(enable)該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到參考接地，同時，該輸出開關係為閉合的，以致能該運算放大器的該輸出端電性耦合到該運算放大器之該第二輸入端並耦合到該歸零電容的一端，在一放大階段中，該輸入開關係被閉合，以致能該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到該二個LCR輸入路徑中的一個，以獲取輸入電壓提供 該運算放大器，同時，該輸出開關係被打開(opened)，以將該運算放大器的該輸出端與該運算放大器的該第二輸入端斷路，同時該運算放大器的該輸出端上的電壓值係為該輸入電壓乘以該運算放大器的預設增益值。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含反相低通濾波器、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在該運算放大器的該第一輸入端上的輸入電壓係由直流成分與交流成份所組成，該輸出端係被電性耦合到該歸零電容的一端以及該運算放大器的該第二端，該歸零電容的另一端繫被電性耦合到參考接地，該反相低通濾波器的頻寬的選擇係依據該預設增益值，以使得該歸零電容的該端上的電壓達到該輸入端上的直流電壓加上該運算放大器的偏移電壓值，同時，該運算放大器的輸出端上的電壓等於該輸入端上的電壓之交流成分成以該預設的增益值。
  18. 一種資料擷取裝置被容納於一個機殼內，係用於測量待測物的數值，該資料擷取裝置處理過程中的量測輸出送到該資料擷取裝置中的下級處理電路之後再送到該機殼上的顯示裝置而顯示該數值，該資料擷取裝置至少包 含：數位電錶，該數位電錶至少包含數位電錶測量電路、數位電錶接地路徑以及多數個數位電錶輸入路徑，該多數個數位電錶輸入路徑係被選擇性地分別經由數位電錶滑動開關以及多數個數位電錶功能選擇選擇滑動開關以電性耦合到該數位電錶測量電路，該多數個數位電錶輸入路徑有一端各自電性耦合到一個電壓箝制電路，該數位電錶測量電路之輸出即為該資料擷取裝置之第一種輸出；以及LCR測量電路，該LCR測量電路至少包含阻抗測量電路以及自動歸零放大器，該自動歸零放大器係被選擇性地分別經過第一LCR輸入路徑而電性耦合到該第一端，經過第二LCR輸入路徑而電性耦合到該第二端，該LCR測量電路係被選擇性地分別經過第一電壓饋入路徑而電性耦合到該第一端，經過第二電壓饋入路徑而電性耦合到該第二端，該二個LCR輸入路徑以及該二個電壓饋入路徑中的每一個各自都有一個相應的LCR滑動開關，所有LCR滑動開關的狀態之改變係同步進行，所有LCR滑動開關的狀態與該數位電錶滑動開關的狀態係為互補，該第一LCR輸入路徑具有位於該第一端與該第一LCR輸入路徑上的一個 LCR滑動開關之間的第一保護裝置，當所有的LCR滑動開關閉合時，該待測物上的電壓降係被該自動歸零放大器所放大，然後被饋入該阻抗測量電路以決定該待測物的阻抗值並輸出，此即該前端晶片之第二種輸出，使用者的操作使得該第一種輸出與該第二種輸出其中之一成為該量測輸出。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置更包含：第一電流端以及第二電流端，該機殼上分別對於該第一電流端以及該第二電流端各自提供一孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一電流端以及該第二電流端，該數位電錶測量電路係被選擇性地經過電流輸入路徑而被電性耦合到該第一電流端，該數位電錶測量電路係被選擇性地經過電流輸入路徑而被電性耦合到該第一電流端，該數位電錶測量電路係被選擇性地經過具有該數位電錶滑動開關的該數位電錶接地路徑而被電性耦合到該第二端。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之資料擷取裝置，其中上述之部分的多數個數位電錶輸入路徑在其一端上也被電性耦合到該第一端，此耦合之端，對於該部分的多數個數位電錶輸入路徑連接到該數位電錶測量電路的另一端，係為該部分的多數個數位電錶輸入路徑的兩端，每 一個該部分的該多數個數位電錶輸入路徑具有一個數位電錶功能選擇滑動開關電性耦合到該第一端，第一數目的該多數個數位電錶輸入路徑上具有相應數目的該多數個數位電錶功能選擇滑動開關，經由第二保護裝置而被電性耦合到該第一端，第二數目的該多數個數位電錶輸入路徑上具有相應數目的該多數個數位電錶功能選擇滑動開關，經由第三保護裝置而被電性耦合到該第一端，當該數位電錶滑動開關閉合時，該第二端係被電性耦合到該數位電錶測量電路，該第二數目的該多數個數位電錶功能選擇滑動開關的其中之另一個，係經由具有耦合電容的頻率輸入路徑而被電性耦合到該數位電錶測量電路。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之資料擷取裝置，在一部分的數位電錶輸入路徑上的所有該多數個數位電錶功能選擇滑動開關閉合時，該數位電錶滑動開關係為開路，且其中上述之資料擷取裝置係用來測量通過該第二端的電流值。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之資料擷取裝置，當數位電錶滑動開關以及電性耦合到該第二保護裝置的相應之數位電錶功能選擇滑動開關都閉合時，其中上述之資料擷取裝置係被用於測量該第一端與該第二端之間的電壓 降。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之資料擷取裝置被用於測量該第一端以及該第二端之間的直流電阻值係發生在下列的滑動開關都閉合時：耦合到該第三保護裝置的相應數位電錶功能選擇滑動開關、耦合到該第二保護裝置的該另一相應數位電錶功能選擇滑動開關以及該數位電錶滑動開關。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之資料擷取裝置被用於測量流經該第一端以及該第二端之間的訊號之頻率係發生在下列的滑動開關都閉合時：相應於該頻率輸入路徑上的一個數位電錶功能選擇滑動開關以及該數位電錶滑動開關。
  25. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之多數個數位電錶輸入路徑中的每一個都有一端電性耦合到一相應電壓箝制電路以及該數位電錶測量電路，另外，該兩電壓饋入路徑中的一個以及該兩個LCR輸入路徑中的一個，各自有一端被電性耦合到相應的電壓箝制電路以及該數位電錶測量電路。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶測量電路選擇性地分別經過具有第一電流 滑動開關以及第二電流滑動開關的該電流輸入路徑而電性耦合到該第一電流端，與經過具有該數位電錶滑動開關的該數位電錶接地路徑而電性耦合到該第二端。
  27. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之第一保護裝置是一個具有正溫度係數的電阻。
  28. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之LCR測量電路係以積體電路形成，並且該機殼是一手持式機殼。
  29. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶更包含數位電錶測量電路，該數位電錶測量電路係以積體電路形成，並與該LCR測量電路一同以積體電路而製造於單一晶片中
  30. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含輸入開關、輸出開關、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在歸零階段中，該輸入開關係被打開(opened)，以致能(enable)該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到參考接地，同時，該輸出開關係為閉合的，以致能該運算放大器的該輸出端電性耦合到該運算放大器之該第二輸入 端並耦合到該歸零電容的一端，在一放大階段中，該輸入開關係被閉合，以致能該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到該二個LCR輸入路徑中的一個，以獲取輸入電壓提供該運算放大器，同時，該輸出開關係被打開(opened)，以將該運算放大器的該輸出端與該運算放大器的該第二輸入端斷路，同時該運算放大器的該輸出端上的電壓值係為該輸入電壓乘以該運算放大器的預設增益值。
  31. 如申請專利範圍第18項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含反相低通濾波器、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在該運算放大器的該第一輸入端上的輸入電壓係由直流成分與交流成份所組成，該輸出端係被電性耦合到該歸零電容的一端以及該運算放大器的該第二端，該歸零電容的另一端繫被電性耦合到參考接地，該反相低通濾波器的頻寬的選擇係依據該預設增益值，以使得該歸零電容的該端上的電壓達到該輸入端上的直流電壓加上該運算放大器的偏移電壓值，同時，該運算放大器的輸出端上的電壓等於該輸入端上的電壓之交流成分成以該預設的增益值。
  32. 一種前端晶片(Front End Chip)係用於資料擷取裝置中，該資料擷取裝置係用於測量待測物的數值，該前端晶片的量測輸出送到該資料擷取裝置中之下級處理電路，然後再送到該資料擷取裝置中的顯示裝置而顯示之，該資料擷取裝置係被容納於一個機殼內，該前端晶片至少包含：數位電錶測量電路，該數位電錶測量電路被電性耦合到一第一端以及一第二端，該機殼分別對於該第一端以及該第二端各自提供一孔洞，讓該機殼的外表面得以電性耦合到該第一端以及該第二端，該第一端被電性耦合到直流電阻輸入路徑，該直流電阻輸入路徑具有直流電阻輸入滑動開關以及第一保護裝置，該數位電錶測量電路之輸出即為該前端晶片之第一種輸出；以及LCR測量電路，該LCR測量電路至少包含阻抗測量電路以及自動歸零放大器，該自動歸零放大器係被選擇性地分別經過第一LCR輸入路徑而電性耦合到該第一端，並經過另一LCR輸入路徑而電性耦合到該第二端，該LCR測量電路係被選擇性地分別經過一電壓饋入路徑而電性耦合到該第一端，並經過另一電壓饋入路徑而電性耦合到該第二端，該二個LCR輸入路 徑以及該二個電壓饋入路徑中的每一個各自都有一個LCR滑動開關，所有LCR滑動開關的狀態之改變係同步進行，該二個電壓饋入路徑中的一個，經由該第一保護裝置而將該LCR測量電路電性耦合到該第一端，在所有的LCR滑動開關都閉合時，在該待測物上的電壓降係被該自動歸零放大器所放大，然後被饋入該阻抗測量電路以計算該待測物的阻抗值並輸出，此即該前端晶片之第二種輸出，使用者的操作使得該第一種輸出與該第二種輸出其中之一成為該量測輸出。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之資料擷取裝置更包含：第一電流端以及第二電流端，該機殼對於該第一電流端與該第二電流端各自具有一相應的孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一電流端與該第二電流端，其中該數位電錶測量電路被選擇性地分別，經由具有第一電流滑動開關以及第二電流滑動開關之電流輸入路徑而被電性耦合到該第一電流端，並經由具有數位電錶滑動開關的接地路徑而被電性耦合到該第二端，該第一端係經由該直流電阻輸入路徑而被電性耦合到該數位電錶測量電路，該LCR測量電路之輸出端被電性耦合到該下級處理電路的輸入端，該下級處理 電路係用於處理該數位電錶測量電路以及該LCR測量電路的輸出，以送到顯示裝置，該數位電錶測量電路之輸出端被電性耦合到該下級處理電路的輸入端。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之前端晶片，其中上述之數位電錶測量電路係選擇性地經由具有電壓輸入滑動開關的電壓輸入路徑，或經由該直流電阻輸入路徑而被電性耦合到該第一端，該電壓輸入滑動開關的一端係被電性耦合到第一電壓箝制電路的一端以及該數位電錶測量電路，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由第二保護裝置而被電性耦合到該第一端，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之前端晶片，其中上述之資料擷取裝置在該數位電錶滑動開關以及該電壓輸入滑動開關之狀態皆為閉合時，係被用以測量該第一端以及該第二端之間的電壓降。
  36. 如申請專利範圍第34項所述之前端晶片，其中上述之直流電阻輸入路徑將該數位電錶測量電路電性耦合到直流電阻輸入滑動開關，該直流電阻輸入滑動開關的一端經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該直流電阻輸入滑動開關的另一端係被電性耦合到第二電壓箝制電路的一端，並且也被電性耦合到該數位電錶測量電路， 該數位電錶滑動開關係被電性耦合到第二端，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由該第二保護裝置而被電性耦合到該第一端。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之前端晶片，其中上述之資料擷取裝置被用來測量該第一端與該第二端之間的直流電阻，係發生在當所有下列三個滑動開關閉合時：電性耦合到該第三保護裝置的相應數位電錶功能選擇滑動開關、電性耦合到該第二保護裝置的相應數位電錶功能選擇滑動開關以及該數位電錶滑動開關。
  38. 如申請專利範圍第33項所述之前端晶片，當該數位電錶滑動開關狀態為開路時，其中上述之第一端與該第二端之間的電壓降係被用來決定阻抗值。
  39. 如申請專利範圍第33項所述之前端晶片，其中上述之數位電錶滑動開關的一端被電性耦合到該第二端以及第一電流分流電阻的一端，該第一電流分流電阻的另一端係經由第一保險絲而被電性耦合到該第二電流端，該第一電流分流電阻的該另一端係經由連接到電流滑動開關組及第二保險絲的第二電流分流電阻被電性耦合到該第一電流端，該電流滑動開關組至少包含該第一電流滑動開關、該第二電流滑動開關以及第三電流分流電阻，第三電流分流電阻將該第一電流滑動開關的一端電性耦合 到該第二電流滑動開關之一端。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之前端晶片，當該數位電錶滑動開關閉合，並且該第一電流滑動開關以及該第二電流滑動開關中至少一個是開路時，上述之第一電流分流電阻、該第二電流分流電阻以及該第三電流分流電阻上的電壓降係用於決定經由該第二端的電流。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之前端晶片，其中上述之第一電流滑動開關的該一端係被電性耦合到第三電壓箝制電路，該第二電流滑動開關的該一端係被電性耦合到該第二電流分流電阻的另一端，該第一電流滑動開關的另一端以及該第二電流滑動開關的另一端係經由該第二保險絲被電性耦合到該第一電流端。
  42. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之數位電錶測量電路係用於選擇性地經由具有頻率輸入滑動開關的一頻率輸入路徑而被電性耦合到第一端，該頻率輸入滑動開關的一端係被經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該頻率輸入滑動開關的另一端係經由耦合電容而被電性耦合到該數位電錶測量電路以及第四電壓箝制電路，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之前端晶片，當該頻率滑動開關及該數位電錶滑動開關的狀態都是閉合時，其中上述之資料擷取裝置係用於測量該第一端與及該第二端之間的訊號之頻率。
  44. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之第一保護裝置是一個具有正溫度係數(Positive Temperature Coeffieient)的電阻器。
  45. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之LCR測量電路係以積體電路形成，並且該機殼是一手持式機殼。
  46. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述數位電錶測量電路係以積體電路形成，並與該LCR測量電路一同以積體電路而製造於單一晶片中。
  47. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之自動歸零放大器至少包含輸入開關、輸出開關、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在歸零階段中，該輸入開關係被打開(opened)，以致能(enable)該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到參考接地，同時，該輸出開關係為閉合的，以致能該運算放大器的該 輸出端電性耦合到該運算放大器之該第二輸入端並耦合到該歸零電容的一端，在一放大階段中，該輸入開關係被閉合，以致能該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到該二個LCR輸入路徑中的一個，以獲取輸入電壓提供該運算放大器，同時，該輸出開關係被打開，以將該運算放大器的該輸出端與該運算放大器的該第二輸入端斷路，同時該運算放大器的該輸出端上的電壓值係為該輸入電壓乘以該運算放大器的預設增益值。
  48. 如申請專利範圍第32項所述之前端晶片，其中上述之自動歸零放大器至少包含反相低通濾波器、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在該運算放大器的該第一輸入端上的輸入電壓係由直流成分與交流成份所組成，該輸出端係被電性耦合到該歸零電容的一端以及該運算放大器的該第二端，該歸零電容的另一端繫被電性耦合到參考接地，該反相低通濾波器的頻寬的選擇係依據該預設增益值，以使得該歸零電容的該端上的電壓達到該輸入端上的直流電壓加上該運算放大器的偏移電壓值，同時，該運算放大器的輸出端上的電壓等於該輸入端上的電壓之交流成分成以該預設的增益值。
  49. 一種資料擷取裝置被容納於一個機殼內，係用於測量 待測物的數值，該資料擷取裝置處理過程中的量測輸出送到下級處理電路後再送到該機殼上的顯示裝置而顯示該數值，該資料擷取裝置至少包含：數位電錶，該數位電錶至少包含數位電錶測量電路，該數位電錶測量電路被電性耦合到一第一端、一第二端、一第一電流端以及一第二電流端，該機殼上分別對於該第一端以及該第二端各自提供一孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一端以及該第二端，該第一端被電性耦合到直流電阻輸入路徑，該直流電阻輸入路徑具有直流電阻輸入滑動開關，該機殼上對於該第一電流端與該第二電流端各自具有一相應的孔洞，讓該機殼外的物體得以電性耦合到該第一電流端與該第二電流端，該數位電錶測量電路之輸出即為該資料擷取裝置之第一種輸出；以及LCR測量電路，該LCR測量電路至少包含阻抗測量電路以及自動歸零放大器，該自動歸零放大器係被選擇性地分別經過第一LCR輸入路徑而電性耦合到該第一電流端，並經過另一LCR輸入路徑而電性耦合到該第二端，該LCR測量電路係被選擇性地分別經過一電壓饋入路徑而電性耦合到該第一電流端，並且該 LCR測量電路係經過另一電壓饋入路徑而電性耦合到該第二端，該二個LCR輸入路徑以及該二個電壓饋入路徑中的每一個各自都有一個LCR滑動開關，所有LCR滑動開關的狀態之改變係同步進行，該二個LCR輸入路徑中的一個，係經由第一保護裝置而將該LCR測量電路電性耦合到該第一電流端，在所有的LCR滑動開關都閉合時，在該待測物上的電壓降係被該自動歸零放大器所放大，然後被饋入該阻抗測量電路以計算該待測物的阻抗值並輸出，此即該資料擷取裝置之第二種輸出，使用者的操作使得該第一種輸出與該第二種輸出其中之一成為該量測輸出。
  50. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶測量電路，係被選擇性地分別經由具有第一電流滑動開關以及第二電流滑動開關之電流輸入路徑，而被電性耦合到該第一電流端，並經由具有數位電錶滑動開關的接地路徑而被電性耦合到該第二端，該第一端係經由該直流電阻輸入路徑而被電性耦合到該數位電錶測量電路。
  51. 如申請專利範圍第50項所述之資料擷取裝置，其中該數位電錶測量電路係選擇性地經由具有電壓輸入滑動開關的電壓輸入路徑，或經由該直流電阻輸入路徑而被電 性耦合到該第一端，該電壓輸入滑動開關的一端係被電性耦合到第一電壓箝制電路的一端以及該數位電錶測量電路，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由第二保護裝置而被電性耦合到該第一端，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  52. 如申請專利範圍第51項所述之資料擷取裝置，在該數位電錶滑動開關以及該電壓輸入滑動開關之狀態皆為閉合時，係被用以測量該第一端以及該第二端之間的電壓降。
  53. 如申請專利範圍第51項所述之資料擷取裝置，其中上述之直流電阻輸入路徑將該數位電錶測量電路電性耦合到直流電阻輸入滑動開關，該直流電阻輸入滑動開關的一端經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該直流電阻輸入滑動開關的另一端係被電性耦合到第二電壓箝制電路的一端，並且也被電性耦合到該數位電錶測量電路，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端，該電壓輸入滑動開關的另一端係經由該第二保護裝置而被電性耦合到該第一端。
  54. 如申請專利範圍第53項所述之資料擷取裝置被用來測量該第一端與該第二端之間的直流電阻，係發生在當所有下列三個滑動開關閉合時：電性耦合到該第三保護裝 置的相應之數位電錶功能選擇滑動開關、電性耦合到該第二保護裝置的相應之數位電錶功能選擇滑動開關以及該數位電錶滑動開關。
  55. 如申請專利範圍第50項所述之資料擷取裝置，當該數位電錶滑動開關狀態為開路時，其中上述之第一端與該第二端之間的電壓降被用來決定的數值係為阻抗值。
  56. 如申請專利範圍第50項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶滑動開關的一端被電性耦合到該第二端以及第一電流分流電阻的一端，該第一電流分流電阻的另一端係經由第一保險絲而被電性耦合到該第二電流端，該第一電流分流電阻的該另一端，係經由連接到電流滑動開關組及第二保險絲的第二電流分流電阻而被電性耦合到該第一電流端，該電流滑動開關組至少包含該第一電流滑動開關、該第二電流滑動開關以及第三電流分流電阻，第三電流分流電阻將該第一電流滑動開關的一端電性耦合到該第二電流滑動開關之一端。
  57. 如申請專利範圍第56項所述之資料擷取裝置，當該數位電錶滑動開關閉合，並且該第一電流滑動開關以及該第二電流滑動開關中至少一個是開路時，上述之第一電流分流電阻、該第二電流分流電阻以及該第三電流分流電阻上的電壓降，係用於決定流經該第二端的電流值。
  58. 如申請專利範圍第56項所述之資料擷取裝置，其中上述之第一電流滑動開關的該一端係被電性耦合到第三電壓箝制電路，該第二電流滑動開關的該一端係被電性耦合到該第二電流分流電阻的另一端，該第一電流滑動開關的另一端以及該第二電流滑動開關的另一端係經由該第二保險絲被電性耦合到該第一電流端。
  59. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶測量電路係用於選擇性地經由具有頻率輸入滑動開關的一頻率輸入路徑而被電性耦合到第一端，該頻率輸入滑動開關的一端係經由第三保護裝置而電性耦合到該第一端，該頻率輸入滑動開關的另一端係經由耦合電容而被電性耦合到該數位電錶測量電路以及第四電壓箝制電路，該數位電錶滑動開關係被電性耦合到該第二端。
  60. 如申請專利範圍第59項所述之資料擷取裝置，當該頻率滑動開關及該數位電錶滑動開關的狀態都是閉合時，其中上述之資料擷取裝置所要測量的待測物之數值，即為測量該第一端與及該第二端之間的訊號之頻率值。
  61. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之第一保護裝置是一個具有正溫度係數(Positive Temperature Coeffieient)的電阻器。
  62. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之LCR測量電路係以積體電路形成，並且該機殼是一手持式機殼。
  63. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之數位電錶測量電路係以積體電路形成，並與該LCR測量電路一同以積體電路而製造於單一晶片中。
  64. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含輸入開關、輸出開關、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在歸零階段中，該輸入開關係被打開(opened)，以致能(enable)該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到參考接地，同時，該輸出開關係為閉合的，以致能該運算放大器的該輸出端電性耦合到該運算放大器之該第二輸入端並耦合到該歸零電容的一端，在一放大階段中，該輸入開關係被閉合，以致能該運算放大器的該第一輸入端電性耦合到該二個LCR輸入路徑中的一個，以獲取輸入電壓提供該運算放大器，同時，該輸出開關係被打開(opened)，以將該運算放大器的該輸出端與該運算放大器的該第二輸入端斷路，同時該運算放大器的該輸出端上的電壓值係為該輸入電壓乘以該運算放大器的預設增益 值。
  65. 如申請專利範圍第49項所述之資料擷取裝置，其中上述之自動歸零放大器至少包含反相低通濾波器、歸零電容以及一具有預設增益值之運算放大器，該運算放大器至少包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，在該運算放大器的該第一輸入端上的輸入電壓係由直流成分與交流成份所組成，該輸出端係被電性耦合到該歸零電容的一端以及該運算放大器的該第二端，該歸零電容的另一端繫被電性耦合到參考接地，該反相低通濾波器的頻寬的選擇係依據該預設增益值，以使得該歸零電容的該端上的電壓達到該輸入端上的直流電壓加上該運算放大器的偏移電壓值，同時，該運算放大器的輸出端上的電壓等於該輸入端上的電壓之交流成分成以該預設的增益值。
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