本发明专利技术涉及一种高带宽的光学隔离探头拓展坞，属于半导体器件测量与表征技术领域。该探头拓展坞用于增强传统探头隔离与共模抑制性能，其可灵活匹配传统电压、电流探头，覆盖低压无源探头、高压单端探头、差分电压探头以及同轴电阻等。拓展坞中的高带宽光发射单元接收传统探头输出电压信号并输出相应光信号；光学信号通过单模光纤传递至高带宽光接收单元将光信号转换为电信号以输入到测试仪器。高带宽光接收单元匹配调零电路，用于消除电压偏置。发射单元与接收单元均配套低噪声电源管理单元，保证供电可靠性和探头拓展坞的高信噪比。本发明专利技术具有超高带宽与可拓展特性，不损失接入的传统探头的基本性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率半导体器件测量与表征，涉及一种用于传统探头性能提升的高带宽的光学隔离探头拓展坞。
技术介绍
1、宽禁带半导体器件具备更高的开关速度与阻断电压，广泛应用于电动汽车、轨道交通乃至航空航天等高功率密度电力电子设备集成应用中。宽禁带半导体器件的动态特性准确评估作为其在各种场景中应用的基础，对于器件选择、热设计和寿命评估至关重要。然而器件更高的开关速度以及阻断电压对传统电压、电流探头的带宽以及隔离性能提出了更高的要求。面对高电压测量场景，传统无源单端探头能够覆盖宽禁带半导体器件的各类电压测量范围，但不具备隔离特性；差分电压探头具备隔离性能，但测量范围有限，并且由于探头与示波器仍然存在电连接，无法避免由于容性耦合引起的共模干扰，对测量产生不可忽视的误差；同轴电阻具备高带宽、高精度的电流测量特性，但非隔离的特性使其应用受限。诸多传统探头由于隔离与共模抑制性能的限制，无法满足当下最先进的宽禁带半导体技术的测试需求。
2、随着宽禁带半导体技术及其先进封装技术的快速发展，先进测量技术也被倒逼着不断前进，以便能够有效处理随之而来的全新测试需求。尤其使高电压变化率下产生的严重共模干扰，使得大部分传统表征和测试方法失效，具有更优异的隔离与共模抑制性能的测量探头亟待开发。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高带宽的光学隔离探头拓展坞，以解决现有传统探头存在的隔离与共模抑制性能差的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
>3、一种高带宽的光学隔离探头拓展坞，其包括光纤，以及连接到光纤始端的高带宽光发射单元，和连接到光纤末端的高带宽光接收单元。4、该光学隔离探头拓展坞可作为独立的隔离电压探头，同时也可以接入传统非隔离探头，如低压无源探头、高压单端探头、同轴电阻等，并使其具备优异的隔离与共模抑制能力。
5、进一步的，所述高带宽光发射单元包括：
6、输入匹配电路，提供与传统探头同轴线缆相连的接口，拓展坞前端可实现50ω阻抗匹配或提供1mω高阻探头接入；
7、高带宽放大电路，采用高带宽单位增益运放，实现前后级解耦的同时，提高阻抗匹配后的输入电信号功率，并线性转换为电流信号；其中，电流信号需具备驱动高带宽激光器的功率水平
8、激光器，在所述高带宽放大电路的驱动下将放大后的电信号转换为光信号并输出至所述光纤；
9、激光器偏置电路，接在激光器的阳极端，用于调节通过激光器的电流，使激光器在零输入时，工作在线性区的中心位置，以避免激光器工作过程中进入截止区或饱和区；
10、以及第一电源管理模块，用于向所述高带宽光发射单元提供隔离供电。
11、所述的高带宽放大电路与激光器必须满足高带宽设计要求，从而保证探头拓展坞的接入不会降低被接入传统探头的带宽特性。
12、所述的第一电源管理模块采用锂电池向所述高带宽光发射单元供电，实现光发射单元供电与大地的隔离，其具有供电保护，采用开关电源电路实现高效率电平转换，采用低噪声线性稳压芯片提供电路中运算放大器、激光器的直接供电。具体地，第一电源管理模块包括：锂电池、与所述锂电池连接的第一供电保护电路、与所述第一供电保护电路连接的第一高效率升降压电路、与所述第一高效率升降压电路连接的单元高效率负压产生电路、与所述第一高效率负压产生电路连接的第一低噪声线性稳压电源以及与所述第一高效率升降压电路连接的第二低噪声线性稳压电源。
13、进一步的，所述高带宽光接收单元包括：
14、光电探测器，用于将所述光纤传输的光信号线性转换为电流信号；
15、高带宽跨阻放大电路，用于将所述电流信号转换为输出电压信号；
16、调零电路，连接于所述高带宽跨阻放大电路的输入端，可通过手动或自动调零，用于校正由所述激光器偏置电路及温度引起的直流偏移；
17、以及第二电源管理模块，用于向所述高带宽光接收单元供电。
18、其中，光电探测器与跨阻放大器需要采用高带宽设计，以保证探头拓展坞的整体高带宽特性。
19、所述的光电探测器配置有低寄生电容，所述的高带宽跨阻放大电路配置有反馈电容，用以提高跨阻放大电路的带宽。
20、所述的第二电源管理模块同样具有供电保护，采用开关电源电路实现高效率电平转换，采用低噪声线性稳压芯片提供电路中光电探测器的直接供电。其包括：连接电源输入的第二供电保护电路、与所述第二供电保护电路连接的第二高效率升降压电路、分别与第二所述高效率升降压电路连接的第二高效率负压产生电路和高效率正压产生电路、与所述第二高效率负压产生电路连接的第三低噪声线性稳压电源、与所述第二高效率升降压电路连接的第四低噪声线性稳压电源以及与所述高效率正压产生电路连接的第五低噪声线性稳压电源。
21、本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对传统探头隔离以及共模抑制能力不足的问题，通过构建模拟光学传输路径，设计了一种可灵活接入各类传统电压、电流探头的光学拓展坞，为传统探头增加了优异的光学隔离属性，并能够应对宽禁带半导体测量中由高电压变化率引起的严重的共模干扰问题；此外，通过高带宽电路与光路设计，探头拓展坞具备超过1.5ghz的超高带宽，能够覆盖已有传统探头的带宽范围，在提高传统探头隔离性能的同时，不降低其带宽属性。
22、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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【技术保护点】
1.一种高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：其包括：光纤，以及连接到所述光纤始端的高带宽光发射单元和连接到所述光纤末端的高带宽光接收单元；
2.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述输入匹配电路提供与传统探头同轴线缆相连的接口，用于接入并匹配任意50Ω或1MΩ的传统探头。
3.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述第一电源管理模块采用锂电池向所述高带宽光发射单元供电。
4.根据权利要求3所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述第一电源管理模块包括：锂电池、与所述锂电池连接的第一供电保护电路、与所述第一供电保护电路连接的第一高效率升降压电路、与所述第一高效率升降压电路连接的单元高效率负压产生电路、与所述第一高效率负压产生电路连接的第一低噪声线性稳压电源以及与所述第一高效率升降压电路连接的第二低噪声线性稳压电源。
5.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述第二电源管理模块包括：连接电源输入的第二供电保护电路、与所述第二供电保护电路连接的第二高效率升降压电路、分别与第二所述高效率升降压电路连接的第二高效率负压产生电路和高效率正压产生电路、与所述第二高效率负压产生电路连接的第三低噪声线性稳压电源、与所述第二高效率升降压电路连接的第四低噪声线性稳压电源以及与所述高效率正压产生电路连接的第五低噪声线性稳压电源。
6.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述光电探测器配置有低寄生电容，所述高带宽跨阻放大电路配置有反馈电容，用以提高带宽。
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【技术特征摘要】
1.一种高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：其包括：光纤，以及连接到所述光纤始端的高带宽光发射单元和连接到所述光纤末端的高带宽光接收单元；
2.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述输入匹配电路提供与传统探头同轴线缆相连的接口，用于接入并匹配任意50ω或1mω的传统探头。
3.根据权利要求1所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述第一电源管理模块采用锂电池向所述高带宽光发射单元供电。
4.根据权利要求3所述的高带宽的光学隔离探头拓展坞，其特征在于：所述第一电源管理模块包括：锂电池、与所述锂电池连接的第一供电保护电路、与所述第一供电保护电路连接的第一高效率升降压电路、与所述第一高效率升降压电路连接的单元高效率负压产生电路、与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾正，龚佳坤，牛富丽，王宇雷，邹铭锐，孙鹏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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