專利名稱：平衡式探棒裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種探棒裝置，特別是涉及一種去除諧振能量產(chǎn)生的平衡式探棒裝置。
背景技術：
現(xiàn)有測量探棒主要分為主動式和被動式探棒兩種。傳統(tǒng)的頻譜訊號測量或是電磁干擾(EMI)測量分析，均利用被動式探棒，因被動式探棒本身的雜散電感、電容值過大，若將其用于高頻測量時，容易產(chǎn)生諧振而有極大的誤差失真。
當被動式探棒應用于頻譜分析儀時，由于兩者的阻抗不匹配，易造成測量的誤差，故被動式探棒并不適合用于高頻訊號的測量。
主動式探棒雖可避免此問題，但由于其單價過高且容易損壞，故很少被使用于電磁干擾測量分析。另外，主動式探棒大部份是搭配示波器使用，其電源可以直接通過BNC(Bayonet Nary Connector)接頭，由示波器上取得，但若要搭配頻譜分析儀測量，將無法提供其所需的電源，使其無法正常運作。
實用新型內容本實用新型主要目的是提供一平衡式探棒，利用阻抗匹配，使其去除諧振能量，以解決上述已知測量探棒的缺點。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出一種平衡式探棒裝置，用以消除測量高頻信號時的諧振能量，包括一第一測量通道，用以量得一第一高頻信號；一第二測量通道，用以量得一第二高頻信號；以及一諧振消除單元，具有一第一及一第二輸入端，分別接收第一及第二高頻信號，諧振消除單元輸出第一與第二高頻信號的差值給一測量儀器，藉此使第一與第二高頻信號上的諧振能量彼此抵消。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出另一種探針裝置，包括一阻抗匹配，其特性阻抗與一外部信號傳輸線的特性阻抗相等，并通過BNC接頭與外部信號傳輸線并聯(lián)；其中，阻抗匹配由多個電阻器并聯(lián)而構成，每一電阻器的第一端耦接BNC接頭的信號軸端，每一電阻器的第二端均等分布地連接于BNC接頭的圓形端上；以及一阻抗探針，由電阻器所構成并且與阻抗匹配串聯(lián)，用以提供探針裝置的衰減比(Attenuation Ratio)。
本實用新型具有以下優(yōu)點一、具有高頻測量的功能本實用新型搭配高頻的反相耦合器，可測量有效頻寬從1MHz-2GHz，其測量誤差在±3dB以內；而本實用新型所使用的反相耦合器的有效頻寬為50MHz-1GHz，對于測量的定性、定量以及問題分析有明顯的改善。
二、降低成本當本實用新型測量信號時，可去除探棒所產(chǎn)生的諧振能量，使用者不需再使用價格昂貴的主動式探棒，也能使得測量結果更為精確。
三、有助于EMI分析本實用新型的平衡式探棒亦可測量出差動信號中的同相噪聲，使用者可輕易得知信號是否發(fā)生電磁干擾的問題。
四、可搭配頻譜分析儀使用。


為使本實用新型的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并結合附圖詳細說明如下。
圖1、2a、2b顯示本實用新型的平衡式探棒方塊圖。
圖3a為同軸纜線示意圖。
圖3b為同軸纜線等效電路圖。
圖4a為BNC接頭示意圖。
圖4b、4c為阻抗匹配電路圖。
圖5為本實用新型的電路圖。
圖6為待測信號。
圖7a為利用本實用新型測量的結果。
圖7b為已知技術測量的結果。
附圖符號說明10-平衡式探棒；11-第一測量通道；12-第二測量通道；13-諧振消除單元；14-測量儀器；30-同軸纜線；31-鐵網(wǎng)；111-第一阻抗匹配；121-第二阻抗匹配；113-第一信號傳輸線；123-第二信號傳輸線；114-第一阻抗探針；124-第二阻抗探針112、122-BNC接頭；51-反相耦合器。
具體實施方式
想要抑制探棒諧振能量的產(chǎn)生是不容易的，而本實用新型可去除探棒的諧振能量，對于測量的定性、定量以及EMI問題分析有明顯的改善。
圖1、2顯示本實用新型的平衡式探棒方塊圖。如圖1所示，平衡式探棒10包括一第一測量通道11，用以量得一第一高頻信號S1；一第二測量通道12，用以量得一第二高頻信號S2；以及一諧振消除單元13，具有一第一及一第二輸入端，分別接收第一高頻信號S1及第二高頻信號S2；諧振消除單元13輸出第一高頻信號S1與第二高頻信號S2的差值給一測量儀器14，例如頻譜分析儀，藉此使第一高頻信號S1與第二高頻信號S2上的諧振能量彼此抵消。
請參照圖2a，如圖所示，第一測量通道11包括一第一信號傳輸線113，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配111，其特性阻抗大體上等于第一信號傳輸線113的第一特性阻抗；以及一BNC接頭112，耦接于第一阻抗匹配111與第一信號傳輸線113之間。
請參照圖2b，如圖所示，第二測量通道12包括一第二信號傳輸線123，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配121，其特性阻抗大體上等于第二信號傳輸線123的第二特性阻抗；以及一BNC接頭122，耦接于第二阻抗匹配121與第二信號傳輸線123之間。
其中，第一測量通道11還包括一第一阻抗探針114，串聯(lián)第一阻抗匹配111；第二測量通道12還包括一第二阻抗探針124，串聯(lián)第二阻抗匹配121。
而第一阻抗探針114及第二阻抗探針124分別由電阻器R1及R6所構成，電阻器R1、R6兩者的金屬部份長度必須相等。
若想要有效降低探棒本身的電感、電容特性，可以從兩部份著手，一個是探針部份，另一個是線材部份。本實用新型所使用的第一信號傳輸線113及第二信號傳輸線123為同軸纜線，且其長度差需小于0.5公分以下。
圖3a為同軸纜線示意圖。如圖所示，同軸纜線30的信號線SL(SignalLine；SL)用以傳送信號，為了隔離外部噪聲的干擾，故在同軸纜線30的外圍用鐵網(wǎng)31隔離，作為接地(Gnd)；而線材本身有一特性阻抗RL，耦接于信號線SL與鐵網(wǎng)31之間。
圖3b為同軸纜線等效電路圖。其中，RL為同軸纜線本身的特性阻抗圖4a為BNC接頭示意圖。如圖所示，其中，A點為BNC接頭的信號軸，而B、C、D、E點為BNC接頭的外圍端用以與地線(Gnd)連接，亦或與同軸纜線的鐵網(wǎng)接地連接。
圖4b、4c為阻抗匹配電路圖。如圖4b所示，本實用新型的第一阻抗匹配111，包括電阻R2-R5，以并聯(lián)方式連接。如圖4c所示，第二阻抗匹配121，包括電阻R7-R10，也是以并聯(lián)方式連接；由于第一測量通道11與第二測量通道12內部連接方式相同，故在此僅以第一測量通道11說明第一阻抗匹配111與BNC接頭112的連接方式，如下所述電阻R2耦接于A點與B點之間；電阻R3耦接于A點與C點之間；電阻R4耦接于A點與D點之間；電阻R5耦接于A點與E點之間；而第一阻抗探針114一端耦接于A點，另一端用以測量第一高頻信號。
而BNC接頭112與第一信號傳輸線113的連接方式，如下所述將BNC接頭112的信號軸A點與第一信號傳輸線113的信號線連接；而BNC接頭112外圍端B、C、D、E點與第一信號傳輸線113的鐵網(wǎng)連接；此時第一阻抗匹配111的阻抗與第一信號傳輸線113的特性阻抗RL為并聯(lián)方式連接，再與第一阻抗探針114串聯(lián)。
其中，第一阻抗匹配111的阻抗值與第一信號傳輸線的特性阻抗相等，且電阻R2-R5要平均分散在BNC接頭的四邊，才能有助于電流均勻分布減少相位差；而第一阻抗探針114系用以提供第一測量通道的衰減比(Attenuation Ratio)。
舉例說明，一般同軸纜線的特性阻抗分為50Ω和75Ω兩種，本實用新型的同軸纜線以50Ω為例，則電阻R2-R5均為200Ω，并聯(lián)后為50Ω，再與同軸纜線的特性阻抗50Ω并聯(lián)，結果則為25Ω；由于 ，故再串聯(lián)一220Ω的阻抗探針，即可達到衰減比約為1∶10的效果。
另外，第一及第二阻抗匹配內部的電阻器，并不限定其數(shù)量，當內部電阻數(shù)量越多時，其阻抗匹配的效果便會更好，只要其并聯(lián)后的阻抗值分別與第一及第二信號傳輸線的特性阻抗相同即可；而BNC外圍接地點依電阻數(shù)量而定。
本實用新型的平衡式探棒的諧振消除單元13為一反相耦合器，圖5為本實用新型的內部電路圖。如圖所示，反相耦合器51類似減法器，其作用是將所接收到的信號相減后輸出；故若所接收到的兩個信號在傳輸過程沒有相位的差異，經(jīng)過反相耦合器51的相減后，測量通道所造成的諧振能量便會被消去。
舉例而言，一般的探棒其測量端與接地端線材以及長度不同，在測量高頻信號時，其相位容易偏移；而本實用新型要求兩條測量通道長度差在0.5公分以下，且其內部連接方式完全相同，均是為了避免高頻信號由于路徑不同，而造成相位的差異。
當本實用新型的第一測量通道測量到一高頻信號HF(High Frequency；HF)，而第二測量信道測量到接地信號Gnd，由于第一和第二測量信道的長度、內部結構以及連接方式均相同，故其所產(chǎn)生的諧振能量亦會相同，若將高頻信號HF與接地信號Gnd相減，則可得到一個沒有諧振現(xiàn)象的高頻信號HF。
若本實用新型的第一測量通道測量到一高頻信號HF1，而第二測量通道測量到另一高頻信號HF2，經(jīng)過反相耦合器相減后，若相減后的值比高頻信號HF1或HF2小，表示HF1和HF2為同相信號；因為當HF1和HF2均為正，相減后的值，必小于HF1或HF2。
反之，相減后的值比HF1或HF2大，表示HF1和HF2為反相信號；因為HF1為正而HF2為負，則兩者相減后的值會比HF1或HF2大。
在EMI測試中，同相信號會使得磁場的增強造成輻射現(xiàn)象，而反相信號會使得磁通量的減少；故利用本實用新型做為測量EMI的工具時，使用者可由反相耦合器的輸出，判斷信號源是否含有同相信號，幫助分析EMI問題，而減少除錯(debug)的時間。
圖6為待測信號。由Tracking Generator所產(chǎn)生的信號源(-50dBm)，且頻率由10MHz-1.5GHz；如圖所示，信號源在10MHz-1.5MHz之間的能量保持不變，故呈水平狀。
圖7a為利用本實用新型測量的結果。將本實用新型的平衡式探棒搭配頻譜分析儀測量圖6中的信號源，其測量結果如圖7a所示；圖7a的頻率由50MHz-1.2GHz，分別取三個測量頻率(高頻、中頻、低頻)；當測量頻率為940MHz時，測得-68.57dBm；當測量頻率為595MHz時，測得-72.13dBm；當測量頻率為285MHz時，測得-66.63dBm；其測量值介于-66.63～-72.13dBm，衰減值介于-19.5dBm±3dBm，呈現(xiàn)良好的頻率響應。
圖7b為已知探棒測量的結果。圖7b的頻率由50MHz-1.2GHz，分別取三個測量頻率(高頻、中頻、低頻)；當測量頻率為1GHz時，測得-90.73dBm；當測量頻率為595MHz時，測得-74.90dBm；當測量頻率為232MHz時，測得-62.51dBm；其測量值介于-62.51～-90.73dBm，衰減值介于-26.6dBm±14dBm，其測量誤差相當大，無法有效測量、分析EMI問題。
雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本實用新型，本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，可作若干更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍視后附的權利要求范圍為準。
權利要求1.一種平衡式探棒裝置，其特征是包括一第一信號傳輸線，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配，其與上述第一信號傳輸線并聯(lián)且特性阻抗等于上述第一特性阻抗，用以量得一第一高頻信號；一第一阻抗探針，串聯(lián)上述第一信號傳輸線與第一阻抗匹配；一第二信號傳輸線，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配，其與上述第二信號傳輸線并聯(lián)且特性阻抗等于上述第二特性阻抗，用以量得一第二高頻信號；一第二阻抗探針，串聯(lián)上述第二信號傳輸線與第二阻抗匹配；一諧振消除單元，具有一第一及一第二輸入端，分別接收上述第一及第二高頻信號，上述諧振消除單元輸出上述第一與第二高頻信號的差值給一測量儀器，藉此使上述第一與第二高頻信號上的諧振能量彼此抵消。
2.如權利要求1所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述第一及第二阻抗探針是由電阻器所構成，而該構成上述第一阻抗探針的電阻器與該構成上述第二阻抗探針的電阻器二者的金屬部份長度須相等。
3.如權利要求1所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述第一及第二信號傳輸線為同軸纜線，而該構成上述第一信號傳輸線的同軸纜線與該構成上述第二信號傳輸線的同軸纜線兩者的長度差須小0.5公分且特性阻抗需相等。
4.如權利要求3所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述第一及第二信號傳輸線的特性阻抗為50Ω或75Ω。
5.如權利要求3所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述第一及第二信號傳輸線是通過BNC接頭而分別與上述第一及第二阻抗匹配并聯(lián)。
6.如權利要求5所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述第一及第二阻抗匹配均是分別由多個電阻器并聯(lián)而構成；每一上述電阻器的第一端耦接對應的上述BNC接頭的信號軸端，每一上述電阻器的第二端均等分布地連接于上述BNC接頭的圓形端上。
7.如權利要求1所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述諧振消除單元為反相耦合器。
8.如權利要求1所述的平衡式探棒裝置，其特征是上述測量儀器為頻譜分析儀。
9.一種探針裝置，其特征是包括一阻抗匹配，其與一外部信號傳輸線并聯(lián)且特性阻抗等于上述外部信號傳輸線的特性阻抗；以及一阻抗探針，與上述阻抗匹配相串聯(lián)。
10.如權利要求9所述的探針裝置，其特征是上述阻抗探針是由電阻器所構成。
11.如權利要求10所述的探針裝置，其特征是上述阻抗匹配是通過一BNC接頭與上述外部信號傳輸線并聯(lián)。
12.如權利要求11所述的探針裝置，其特征是上述阻抗匹配由多個電阻器并聯(lián)而構成，每一上述電阻器的第一端耦接上述BNC接頭的信號軸端，每一上述電阻器的第二端均等分布地連接于上述BNC接頭的圓形端上。
專利摘要一種平衡式探棒裝置，用以消除測量高頻信號時的諧振能量，包括一第一信號傳輸線，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配，其與第一信號傳輸線并聯(lián)且特性阻抗等于第一特性阻抗，用以量得一第一高頻信號；一第一阻抗探針，串聯(lián)第一信號傳輸線與第一阻抗匹配；一第二信號傳輸線，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配，其系與第二信號傳輸線并聯(lián)且特性阻抗等于第二特性阻抗，用以量得一第二高頻信號；一第二阻抗探針，串聯(lián)第二信號傳輸線與第二阻抗匹配；一諧振消除單元，具有一第一及一第二輸入端，分別接收第一及第二高頻信號，諧振消除單元輸出第一與第二高頻信號的差值給一測量儀器，藉此使第一與第二高頻信號上的諧振能量彼此抵消。
文檔編號G01R15/00GK2607581SQ0228744
公開日2004年3月24日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權日2002年11月28日
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