减小被测设备的探针负载的信号采集系统技术方案

本发明专利技术涉及减小待测设备的探针负载的信号采集系统。一种信号采集系统具有信号采集探针，信号采集探针具有耦合到电阻中心导体信号电缆的探针针尖电路。信号采集探针的电阻中心导体信号电缆经由信号处理仪器中的输入节点和输入电路而耦合到信号处理仪器中的补偿系统。信号采集探针和信号处理仪器在输入节点处具有失配的时间常数，其中补偿系统具有带有反馈环电路的输入放大器和耦合到输入电路的提供零极点对的分路零极点对以用于在信号采集系统频率带宽上保持平坦性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及从被测设备采集(acquire)信号并且更具体地涉及一种使用具 有减小电容的信号采集探针(probe)来减小被测设备的负载的信号采集系统。
技术介绍
传统的无源电压探针10 —般由在探针针尖14的电阻-电容并联网络12 (在图1 中示为&和Ct)组成，该电阻-电容并联网络12经由电阻中心导体信号电缆(resistive center conductor signal cable) 16耦合到补偿盒中的补偿电路18。补偿电路18具有电 阻元件Ra和Rc2以及电容元件Cc。Rci与电缆16串联且Rc2与可变电容器Cc串联。补偿电 路18耦合到诸如示波器、频谱分析器、逻辑分析器等等之类的测量测试仪器22的输入电路 20。一般地，示波器的输入电路20包括示为Rts和Cts的输入电阻-电容网络M，其与提供 与10到20皮法(pf)的电容并联的1ΜΩ的示波器输入阻抗的开关输入衰减电路(未示 出)相关联。开关输入衰减电路的输出耦合到前置放大器26的输入。示波器被校准以提 供从示波器的输入到前置放大器的输出的标称平坦的频率响应传递函数。补偿电路18提供电缆16的电阻和电容端接(termination)以最小化反射并且给 测量测试仪器22提供具有标称平坦的频率响应的传递函数。可变补偿电容器C。是用户可 调节的以在单独示波器通道的输入电容的变化期间匹配探针的电容和电阻分压比。电阻元 件Ra提供在高频下电阻电缆16与示波器输入的端接匹配(其中电缆& 155 Ω)。与可 变电容器C。串联的R。2改进了到示波器中的电容负载中的电缆端接。针尖电阻RT、电缆端接电阻器Ra和输入电阻Rts对于DC到低频输入信号形成分压 器衰减网络。为了适应宽频率范围的输入信号，使用横跨针尖电阻元件&的分路(shunt) 针尖电容器Ct以及横跨端接电阻元件Rts的输入电容器Cts和分路端接电容器C。来补偿电 阻分压器衰减网络。为了获得正确补偿的分压器，探针针尖电阻-电容并联网络12的时间 常数必须等于包括C。able和Cc的端接电阻-电容并联网络M的时间常数。以电阻电缆16的特性阻抗正确地端接该电阻电缆16要求向补偿网络18添加 相对大的分路电容ce。这是除了电缆体电容CeABLE之外。例如，由Beaverton，Oregon的 Tektronix公司制造和销售的P2222 10X无源探针的针尖电阻&和电容Ct被选择为给出 到1ΜΩ的示波器输入阻抗的10X等分(divide)。忽略任何其他寄生电容的最小针尖电容 Ct是电缆体电容(。_、(。与Cts之和的九分之一。对于上述的参数而言，Ct的针尖电容大约 为SpF到12pf。输入电容(其是Ct与Cca_、Cc与Cts之和串联)由被监控的电路驱动并因 此表示探针对电路加了多少负载的度量。图2示出另一个无源电压探针和示波器配置，其中前置放大器28被配置为电流放大器。这种配置具有与图1的探针和示波器配置相同的限制。探针具有在探针补偿盒中的 补偿电路并且示波器在示波器输入处具有与10到20pf的电容并联的传统IMΩ电阻。现 有无源电压探针和示波器配置的主要缺点在于在电阻中心导体信号电缆的输出处的中频 带和高频带频率信号电流的相当一部分被端接电容器C。分路到地。另外，由于电阻中心导 体信号电缆被端接在示波器输入之前，所以示波器的输入电路的寄生电容充当把附加电流 分路到地的非端接传输线。探针针尖电容和电阻中心导体信号电缆影响传统无源探针的总体带宽。而且，探 针针尖输入由于低电容电抗与高输入电阻并联而在高频下向被测设备呈现出低输入阻抗。 减小探针针尖电容以提高电容电抗要求调节分压器网络的其他部件值以维持补偿的网络。 先前，这已经通过提高探针针尖中的电阻而实现。然而，这提高了网络的分压比，结果施加 到探针的信号的衰减增加。输入到示波器的减小信号可以通过提高示波器输入电路的增益 来补偿，这导致信号上噪声的增加从而降低了仪器的总体信噪比。存在向50欧姆输入示波器提供相对高的阻抗和衰减的特殊类型的无源探针。4 探针具有耦合到50欧姆无损同轴电缆的相对低的输入电阻(5000欧姆或更小)。在探针针 尖处的电容一般小于由探针头的寄生电容产生的lpf。在具体的实施例中，探针针尖电阻是 450欧姆，经由50欧姆无损同轴电缆耦合到示波器的50欧姆输入，这产生IOX无源分压器 网络。输入到这个探针的电压与传统无源探针相比由于输入电阻器的大小而受到限制。此 外，低输入电阻可能给DC信号造成过多负载。图3所示的USP 6，483，284教导了使用零极点对消的宽带探针。与电阻器Iitab和 电容器Ctab串联的电阻器和电容器Cwp的并联探针针尖网络检测来自被测设备的信号 并且经由近乎无损同轴电缆40把信号耦合到补偿网络。电容器Ctab表示诸如电路板上的 迹线、同轴电缆等等之类的针尖电路中的电容。电缆端接电阻器民串联连接在电缆40和 运算放大器42的反相输入端子之间。非反相输入耦合到共同地。在运算放大器42的输入 端子和输出端子之间连接的是电阻器Rfb和电容器Cfb的并联组合，其中电阻器Iipk与Cfb串 联。并联针尖电阻器Rup和电容器Cwp创建零点并且电阻器Rtab和电容器Ctab的组合创建 极点。极点由补偿网络中的电阻器Rfb和电容器Cfb创建并且零点由电阻器Rpk和电容器Cfb 创建。在探针针尖网络中创建的零点和极点由补偿网络中的极点和零点对消。补偿网络的 输出耦合到终端用户设备，诸如示波器等等。该教导声明两个RC网络的时间常数必须相等 以便零点和极点抵消并且探针具有恒定增益。而且，运算放大器42是宽带探针电路的一部 分而不是终端用户设备的一部分。
技术实现思路
因而，本专利技术是一种具有信号采集探针和信号处理仪器的信号采集系统。信号采 集探针具有耦合到电阻中心导体信号电缆的探针针尖电路。电阻中心导体信号电缆耦合到 信号处理仪器的输入节点。输入节点还经由输入电路而耦合到布置在信号处理仪器中的补 偿系统。信号采集探针和信号处理仪器在输入节点处具有失配的(mismatched)时间常数， 其中补偿系统具有带有反馈环电路的输入放大器和耦合到输入电路的提供零极点对的分 路零极点对以用于在信号采集系统频率带宽上保持平坦性。输入放大器可以是带有反馈环电路的电流放大器，该反馈环电路具有第一串联耦合的电阻元件和电容元件、第二串联耦合的电阻元件和电容元件、以及第三电阻元件，其中 第一和第二串联耦合的电阻元件和电容元件以及第三电阻元件彼此并联。多个寄存器可以 用于设定反馈环电路中的相应电阻和电容元件的电阻值和电容值。与第二串联耦合的电容 和电阻元件并联的第一串联耦合的电容和电阻元件形成分开的极点和零点对。分路零极点 对的电阻元件可以是电子控制的可变电阻器。信号处理仪器的输入电路优选地是提供电阻中心导体信号电缆的电阻和电容端 接中的至少一个的衰减电路。输入节点耦合到信号路径，该信号路径的另一端耦合到邻近 输入放大器的输入布置的电阻元件以形成端接的传输线。开关电路被布置在信号处理仪器 中用于经由衰减电路和到衰减电路的分路零极点对把输入节点选择性地耦合到补偿系统 并且用于把电阻-电容衰减网络选择性地耦合在输入节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号采集系统，包括：具有探针针尖电路的信号采集探针，所述探针针尖电路耦合到电阻中心导体信号电缆；以及具有输入节点的信号处理仪器，所述输入节点耦合到信号采集探针的电阻中心导体信号电缆并且经由布置在信号处理仪器中的输入电路耦合到补偿系统；其中信号采集探针和信号处理仪器在输入节点处具有失配的时间常数，其中补偿系统具有带有反馈环电路的输入放大器和耦合到输入电路的提供零极点对的分路零极点对以用于在信号采集系统频率带宽上保持平坦性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·巴特勒特，I·G·波罗克，D·G·克尼里姆，L·L·拉森，S·R·詹森，K·P·多比恩斯，M·D·斯蒂芬斯，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：US