[发明专利]减小被测设备的探针负载的信号采集系统

说明书

相关申请的交叉引用

该部分继续申请要求2009年9月30日提交的美国专利申请序列号12/571,236的优先权。

技术领域

本发明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。

背景技术

传统的无源电压探针10一般由在探针针尖14的电阻-电容并联网络12(在图1中示为R_T和C_T)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R_C1和R_C2以及电容元件C_C。R_C1与电缆16串联且R_C2与可变电容器C_C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R_TS和C_TS的输入电阻-电容网络24，其与提供与10到20皮法(pf)的电容并联的1MΩ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_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R_C1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Z₀≈155Ω)。与可变电容器C_C串联的R_C2改进了到示波器中的电容负载中的电缆端接。

针尖电阻R_T、电缆端接电阻器R_C1和输入电阻R_TS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R_T的分路(shunt)针尖电容器C_T以及横跨端接电阻元件R_TS的输入电容器C_TS和分路端接电容器C_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_cable和C_C的端接电阻-电容并联网络24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C_C。这是除了电缆体电容C_CABLE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R_T和电容C_T被选择为给出到1MΩ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C_T是电缆体电容C_CABLE、C_C与C_TS之和的九分之一。对于上述的参数而言，C_T的针尖电容大约为8pF到12pf。输入电容(其是C_T与C_CABLE、C_C与C_TS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1MΩ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_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。