專利名稱：用于測量探頭的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及具有輸入信號終端的差動測量探頭，更準確地說，涉及用于具有直流共模電壓補償?shù)臏y量探頭的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
高速測量系統(tǒng)一般以與輸入信號傳輸線的特性阻抗匹配的電阻式輸入終端為特點。這樣做可以把輸入信號反射的問題減至最小，并提供最好的信號保真度。雙50歐姆輸入終端網(wǎng)絡(luò)是高速差動系統(tǒng)最通常的拓撲結(jié)構(gòu)。雖然50歐姆輸入終端通常連接到測量系統(tǒng)接地線，但是某些應用則要求把終端連接到共模直流終端電壓。測量終端網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)節(jié)直流終端電壓的有效工作允許控制信號源(例如具有有效直流共模分量的高速串行數(shù)據(jù)信號)的直流負載。
圖1是P7350SMA差動探頭中使用的具有可調(diào)節(jié)直流終端電壓VTERM的終端網(wǎng)絡(luò)10的示意表示，終端網(wǎng)絡(luò)10是由Tektronix公司生產(chǎn)和銷售的。直流終端電壓VTERM由外部電源提供，并連接到終端電阻器12和14的公共節(jié)點上。終端電阻12和14為50歐姆電阻器，它一般與測試中的裝置的50歐姆差動源的阻抗匹配。差動輸入信號經(jīng)過SMA輸入連接器16和18連接到終端電阻器12和14以及高阻抗衰減器20和22的輸入端。高阻抗衰減器20和22的另一端連接到地電位。衰減器20和22的每一個都具有電阻式分壓器，所述電阻式分壓器由電阻元件24和26組成，并與由電容元件28和30組成的補償電容式分壓器并聯(lián)。電阻式/電容式分壓器網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點32連接到差動放大器34的倒相和非倒相輸入端。
測量探頭的直流終端電壓VTERM與輸入信號的直流共模分量的匹配使得可以直接把輸入信號連接到測量探頭的輸入端而不需要通過使信號源的直流負載最小而實現(xiàn)的交流連接。高速差動放大器34通常具有有限的輸入動態(tài)范圍。提供高阻抗輸入衰減器20和22以便擴展高速差動放大器34的線性動態(tài)范圍。衰減器20和22輸出端的直流共模電壓由輸入信號的共模分量和終端網(wǎng)絡(luò)的共模終端電壓VTERM兩者產(chǎn)生。設(shè)計良好的差動測量放大器34將具有很大的共模抑制比(CMRR)，所述共模抑制比大大消除了放大器的輸出信號中的直流共模電壓。但是，出現(xiàn)在差動放大器34輸入中任何非零的直流共模電壓將降低放大器34的有效線性動態(tài)范圍。輸入信號中大的直流共模電壓很容易使差動放大器34過激勵，從而不可能測量通常很小的差動方式信號。
對于測量探頭來說，需要一種輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)，后者把直流共模電壓輸出提供給差動測量放大器的輸入端，用于使放大器的動態(tài)范圍最佳化。輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)應該監(jiān)控輸入信號，并提供成比例的直流終端電壓，可以調(diào)節(jié)所述直流終端電壓以便產(chǎn)生輸入信號源的直流分量的零負載。輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)也應該提供成比例的補償電壓，所述補償電壓產(chǎn)生差動測量放大器的最佳動態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明是一種差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，它接收來自具有源電阻的電壓源的直流共模電壓。差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及成比例的補償電壓和驅(qū)動電流以便將網(wǎng)絡(luò)的差動輸入節(jié)點上的直流電流減至零，并在網(wǎng)絡(luò)的輸出端上產(chǎn)生直流共模電壓，為差動測量放大器提供最佳的動態(tài)范圍。差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)具有第一和第二輸入終端電阻，它們具有公共節(jié)點和接收來自電壓源的直流共模電壓的各自的網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點。所述網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點還連接到具有公共節(jié)點的第一和第二衰減器的各自的輸入節(jié)點。監(jiān)控電路連接到網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點上，用于產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號表示輸入電壓源的輸入電源電阻上的直流共模電壓和表示輸入終端電阻上的外加終端電壓的電壓的組合。相對于第一和第二輸入終端電阻而言，所述監(jiān)控電路最好是具有高阻抗輸入端的電阻式分壓器網(wǎng)絡(luò)?？刂齐娐方邮胀饧咏K端電壓和監(jiān)控電路的輸出信號，并產(chǎn)生作為外加終端電壓和直流共模電壓的函數(shù)的成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及成比例的補償電壓和驅(qū)動電流。所述成比例的終端電壓和驅(qū)動電流連接到第一和第二輸入終端電阻的公共節(jié)點上，而所述成比例的補償電壓和驅(qū)動電流連接到第一和第二衰減器的公共節(jié)點上。所述成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及成比例的補償電壓和驅(qū)動電流通過輸入終端電阻和衰減器提供用于將網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點上的直流電流減至零的直流電流，并提供從第一和第二衰減器輸出的用于使差動測量放大器的動態(tài)范圍最佳的直流共模電壓。
以與各自的第一和第二衰減器中的一個并聯(lián)的輸入終端電阻器的形式實現(xiàn)每一個輸入終端電阻。利用第一和第二電阻器來實現(xiàn)所述衰減器，所述第一電阻器的一端連接到所述第一和第二輸入終端電阻器中的一個，所述第一電阻器的另一端連接到衰減器的輸出節(jié)點上的第二電阻器的一端，而所述第二電阻器的另一端連接成接收第一和第二衰減器的公共節(jié)點上的成比例的補償電壓和驅(qū)動電流。
所述成比例的終端電壓和成比例的補償電壓具有比例因子，所述比例因子隨第一和第二輸入終端電阻器以及各自的第一和第二衰減器的第一和第二電阻器而變。所述成比例的終端電壓具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供與外加終端電壓成比例的第一電壓，而所述第二比例因子提供與第一和第二終端電阻的輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的直流共模電壓和外加終端電壓之間的差值成比例的校正電壓。所述成比例的補償電壓具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供與外加終端電壓成比例的第一電壓，而所述第二比例因子提供與第一和第二輸入終端電阻的輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的直流共模電壓和外加終端電壓之間的差值成比例的校正電壓。在本發(fā)明的最佳實施例中，成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及成比例的補償電壓和驅(qū)動電流從第一和第二衰減器產(chǎn)生基本上零伏的直流共模電壓。
控制電路具有接收來自監(jiān)控電路的輸出信號和外加終端電壓作為輸入的校正差動放大器。所述校正差動放大器產(chǎn)生表示監(jiān)控電路的輸出信號和外加終端電壓之間差值的輸出信號。第一求和節(jié)點連接成接收外加終端電壓和校正差動放大器的輸出信號并產(chǎn)生表示外加終端電壓的輸出信號和來自校正差動放大器的輸出信號的衰減后的表示。來自所述第一求和節(jié)點的輸出信號連接到第一驅(qū)動放大器，所述第一驅(qū)動放大器具有用于產(chǎn)生成比例的終端電壓的比例增益因子。第二求和節(jié)點連接成接收外加終端電壓和來自校正差動放大器的輸出信號并產(chǎn)生表示外加終端電壓和來自校正差動放大器的輸出信號的輸出信號。所述第二求和節(jié)點的輸出信號連接到第二驅(qū)動放大器上，所述第二驅(qū)動放大器具有用于產(chǎn)生成比例的補償電壓的比例增益因子。
在本發(fā)明的最佳實施例中，第一求和電路具有接收來自校正差動放大器和求和放大器的輸出信號的衰減電路。所述求和放大器的輸入節(jié)點連接成接收外加終端電壓和來自校正差動放大器的輸出信號的衰減后的表示。所述求和放大器產(chǎn)生表示外加終端電壓的輸出信號和來自校正差動放大器的輸出信號的衰減后的表示。
當與后附的權(quán)利要求書和附圖一起閱讀以下詳細說明時，將明白本發(fā)明的目的、優(yōu)點和新穎的特征。


圖1是先有技術(shù)的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
圖2是本發(fā)明的具有包括輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的測量探頭的測量儀器的透視圖。
圖3是本發(fā)明的典型的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的方框圖。
圖4是本發(fā)明的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的控制電路的功能示意圖。
圖5是本發(fā)明的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的最佳實施例的示意圖。
具體實施例方式
參考圖2，圖中示出測量測試儀器40，例如由Tektronix公司制造和銷售的示波器TDS6804B。示波器40具有多個輔助接口42，用于將一臺或多臺輔助裝置44(例如包括本發(fā)明的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)的差動測量探頭)連接到示波器上。如美國專利6,629,048B1，題目為《測量測試儀器和輔助裝置的相關(guān)電壓測量系統(tǒng)(MeasurementTest Instrument and Associated Voltage Measurement System forAccessory Device)》所說明的，每一個輔助接口42都具有同軸信號輸入線和電壓源、時鐘、數(shù)據(jù)、感測和存儲器電源線，并通過引用將所述專利全面結(jié)合于本申請中。輔助接口42把來自示波器40的電壓源提供給測量探頭44并且提供示波器40與探頭44之間的雙向通信。差動測量探頭44通過SMA終端的同軸電纜48連接到測試中的裝置46。示波器40具有顯示裝置50，所述顯示裝置顯示圖形用戶接口并處理來自測試中的裝置46的信號。一般地說，測量測試儀器40包括面板控制器52，例如用于控制儀器設(shè)置的旋鈕、按鈕等?；蛘撸梢砸詧D形的形式產(chǎn)生面板控制器并將其顯示在顯示裝置50上，并可以由用戶控制。差動測量探頭44具有用于接收外部終端電壓VTERM的輸入連接器54。
參考圖3，圖中示出本發(fā)明的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60的示意的方框圖，其中輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60被包括在差動測量探頭44中。輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60在輸入端62和64接收來自測試中的裝置46的差動輸入信號IN+、IN-?？梢砸灾绷鞴材Ｐ盘栐碫CM、一對互補差動方式源65和由電阻器RS表示的差動源阻抗的形式來模擬測試中的裝置46。所述輸入信號連接到監(jiān)控電路66以及輸入終端電阻器68和70上。監(jiān)控電路66檢測信號源的輸入直流共模電壓VCM并產(chǎn)生表示輸入直流共模電壓VCM和表示外加終端電壓VTERM的電壓的組合的輸出電壓VI。輸入終端電阻器68和70具有公共節(jié)點72，后者接收來自控制電路74的成比例的終端電壓VT和驅(qū)動電流IT。每一個輸入終端電阻器68和70電連接到衰減器76、78的輸入節(jié)點75之一，而衰減器76和78中的每一個與輸入終端電阻器68和70之一并聯(lián)。每一個衰減器具有串聯(lián)衰減電阻器84和86以及電阻器84和86之間的輸出節(jié)點88，所述輸出節(jié)點88連接到差動放大器80的倒相和非倒相輸入端之一。衰減器76和78具有接收來自控制電路74的成比例的補償電壓VA和驅(qū)動電流IA的公共節(jié)點82?？刂齐娐?4接收監(jiān)控器電路66的輸出信號VI和外加終端電壓VTERM。控制電路74產(chǎn)生作為外加終端電壓VTERM和輸入直流共模電壓VCM的函數(shù)的成比例的終端電壓VT和驅(qū)動電流IT以及成比例的補償電壓VA和驅(qū)動電流IA。
當輸入直流共模電壓VCM等于終端電壓VTERM并且各輸入電源的電阻匹配時，本發(fā)明的輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60起把輸入端62和64上的直流電流減至零的作用。此外，本發(fā)明把衰減器76、78的輸出節(jié)點88上的直流共模電壓設(shè)置成使用于直流共模電壓VCM和外加終端電壓VTERM的不同電平的放大器80的動態(tài)范圍最佳。成比例的終端電壓VT和驅(qū)動電流IT以及成比例的補償電壓VA和驅(qū)動電流IA一起產(chǎn)生通過輸入終端電阻器68和70及衰減器76和78的直流電流，以便在與輸入端62和64連接的有效終端電阻上產(chǎn)生與外加終端電壓VTERM等效的電壓。所述直流電流還在衰減器76和78的輸出節(jié)點88上產(chǎn)生使差動放大器80的動態(tài)范圍最佳的直流共模電壓。在本發(fā)明的最佳實施例中，把衰減器76和78的輸出節(jié)點88上的直流共模電壓設(shè)置成基本上固定的零伏，為差動放大器80提供最佳動態(tài)范圍?？刂齐娐?4的用于設(shè)置表示終端電壓VTERM的電壓以及設(shè)置衰減器76和78的輸出節(jié)點88上的直流共模電壓以便使差動放大器的動態(tài)范圍最佳的廣義方程如下。用于成比例的終端電壓VT的所述方程為
VT＝A×VTERM+B×(V1-VTERM)而用于成比例的補償電壓VA的方程為VA＝-C×VTERM-D×(V1-VTERM)其中A、B、C和D為標量，它們是輸入終端電阻器68、70和衰減器的電阻器84、86的電阻值的函數(shù)。所述方程在與電源的輸入阻抗和具有共模直流分量的差動方式交流信號匹配的特定條件下才有效。在輸入直流共模輸入電壓VCM和外加終端電壓VTERM相等的情況下，電壓VT和VA與外加終端電壓VTERM成比例，如方程的項A×VTERM和-C×VTERM表示的?？梢酝ㄟ^把校正因子加到方程VT和VA來校正輸入直流共模輸入電壓VCM和外加終端電壓VTERM之間的電壓差值變化。從以下過程導出所述校正因子利用監(jiān)控電路66檢測輸入直流共模輸入電壓VCM和表示終端電壓VTERM的電壓的組合并把輸出信號V1加到控制電路74以便產(chǎn)生方程的校正項B×(V1-VTERM)和-D×(V1-VTERM)。輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60通過以下過程校正輸入直流共模電壓VCM和外加終端電壓VTERM之間的差值產(chǎn)生成比例的終端電壓VT和驅(qū)動電流IT以及成比例的補償電壓VA和驅(qū)動電流IA，用于把衰減器76和78的輸出節(jié)點88驅(qū)動到基本上固定的零伏的電平上，以便實現(xiàn)差動放大器80的最佳動態(tài)范圍。
在本發(fā)明最佳實施例中，輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60設(shè)計成最佳接收來自輸入源的差動信號，所述輸入源具有差動50歐姆阻抗和直流共模電壓VCM。輸入終端電阻器68、70的標稱電阻值為66.7歐姆。輸入終端電阻器68、70與衰減電阻器84、86并聯(lián)，衰減電阻器84、86各自的標稱電阻值為120和80歐姆。對于所述差動網(wǎng)絡(luò)各端的共模終端電壓VTERM，由與衰減電阻器84、86并聯(lián)的輸入終端電阻器68、70產(chǎn)生的有效輸入電阻為50歐姆。衰減器76、78中的每一個的衰減因子為2.5X。但是，所述有效輸入電阻和衰減因子是本發(fā)明的實現(xiàn)方案，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下使用其它有效輸入終端電阻和衰減因子。
下面將說明用于匹配的50歐姆源輸入阻抗和具有共模直流分量的差動方式交流信號的成比例的終端電壓VT和成比例的補償電壓VA的推導。在輸入端62和64上所需直流電壓用下述方程表示IN+=IN-=(VCM+VTERM)2]]>其中IN+和IN-為輸入端62和64上的共模直流電壓分量，VCM為通過50歐姆源阻抗加到輸入端62和64上的共模電壓，而VTERM為加在各有效的50歐姆輸入電阻之間的共模節(jié)點上的終端電壓。在差動放大器80的倒相和非倒相輸入端上所需的共模直流電壓應為零伏直流，使放大器實現(xiàn)由以下方程表示的最大動態(tài)范圍INPUT+＝INPUT-＝0控制電路74的VT和VA取決于輸入端62和64上VCM共模電壓并且可以求解以便滿足上述方程。對于VCM＝VTERM的情況，電壓VT和VA都與VTERM成比例VT＝1.5556×VTERMVA＝-0.6667×VTERM其中1.5556和0.6667為比例因子，是輸入終端電阻器68、70和衰減電阻器84、86的值的函數(shù)。
如果電壓VT和VA與電壓VTERM成比例，那么輸入直流共模電壓信號VCM和輸入端62和64上的終端電壓VTERM之間的變化就表示輸入直流共模電壓信號VCM和VTERM之間的平均電壓，這時輸入源的電阻就與終端電阻匹配。然而隨輸入直流共模電壓信號VCM的變化，差動放大器80的倒相和非倒相節(jié)點的電壓輸入端INPUT+和INPUT-就不保持在零伏上，但是VCM值被衰減的百分比的范圍由下述方程表示INPUT+＝INPUT-＝0.2×(VCM-VTERM)監(jiān)控電路66檢測輸入直流共模電壓VCM和表示終端電壓VTERM的電壓的組合并產(chǎn)生輸出信號V1，所述輸出信號V1被耦合到控制電路74，用于調(diào)節(jié)電壓VT和VA。在由50歐姆信號源提供輸入信號的情況下，在檢測的電壓VI和輸入共模電壓VCM之間存在以下關(guān)系
VI=VCM+VTERM2⇒VCM=2×V1-VTERM]]>對于2.5X衰減器，通過把以下形式的校正因子加到電壓VT和VA中，有可能補償VCM輸入信號ΔVT＝0.1111×(VCM-VTERM)ΔVA＝-0.3333×(VCM-VTERM)其中0.1111和0.3333為比例因子，它們是輸入終端電阻器68、70和衰減電阻器84、86的值的函數(shù)。利用VCM和VI之間關(guān)系的上述方程，可以得到(VCM-VTERM)＝2×(VI-VTERM)將上述表達式代入校正因子項ΔVT和ΔVA，成比例的終端電壓VT和成比例的補償電壓VA則為VT＝1.5556×VTERM+0.2222×(V1-VTERM)VA＝-0.6667×VTERM-0.6667×(V1-VTERM)參考圖4，圖中示出輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60的控制電路74的功能示意圖。外終端電壓VTERM連接到差動增益放大器90和92以及求和節(jié)點94和96的負輸入節(jié)點。表示輸入直流共模電壓VCM和終端電壓VTERM的組合的來自監(jiān)控電路66的輸出信號VI連接到差動增益放大器90和92的正輸入節(jié)點。差動增益放大器90的增益為0.1428X，而差動增益放大器92的增益為1.0X。差動增益放大器90的輸出為0.1428×(VI-VTERM)，它被加到求和節(jié)點94。求和節(jié)點94的輸出為VTERM+0.1428×(VI-VTERM)。求和節(jié)點94的輸出連接到增益為1.5556X的驅(qū)動放大器98的輸入端。驅(qū)動放大器98的輸出為成比例的終端電壓VT和成比例的終端電壓驅(qū)動電流IT，所述成比例的終端電壓VT等于VT＝1.5556×VTERM+0.2222×(VI-VTERM)。差動增益放大器92的輸出為1.00×(VI-VTERM)，它被加到求和節(jié)點96。求和節(jié)點96的輸出為VTERM+(VI-VTERM)。求和節(jié)點96的輸出連接到增益為-0.6667X的驅(qū)動放大器100的輸入端。驅(qū)動放大器100的輸出為成比例的補償電壓VA和成比例的補償電壓驅(qū)動電流IA，所述成比例的補償電壓VA等于VA＝-0.6667×VTERM-0.6667×(VI-VTERM)。
參考圖5，圖中示出輸入差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)60的最佳實施例的示意圖。與前面各附圖相同的元件以相同的標號標識。差動輸入信號IN+和IN-通過輸入端62和64連接到監(jiān)控電路66和輸入終端電阻器68和70與它們各自的衰減器76和78的匯接點上。差動輸入信號IN+和IN-由輸入終端電阻器68和70的有效終端電阻終接，輸入終端電阻器68和70與衰減電阻器84和86并聯(lián)。衰減電阻器84和86之間的輸出節(jié)點88連接到差動放大器80的倒相和非倒相輸入端。監(jiān)控電路66具有電阻元件110和112，它們使輸入直流共模電壓VCM相對于有效輸入終端電阻為高阻抗。在最佳實施例中，電阻元件110和112的電阻值約為5000歐姆。電阻元件110和112在輸入端62和64之間構(gòu)成分壓器網(wǎng)絡(luò)。所述分壓器網(wǎng)絡(luò)的公共節(jié)點114提供輸出電壓VI，它通過緩沖放大器116連接到控制電路74。
控制電路74也接收外部終端電壓VTERM。外部終端電壓VTERM通過緩沖放大器118連接到1X差動增益校正放大器120的負輸入端。差動校正放大器120的正輸入端接收監(jiān)控電路66的輸出信號VI。差動校正放大器120產(chǎn)生的輸出電壓等于(VI-VTERM)。輸出電壓(VI-VTERM)通過有源衰減電路126連接到求和放大器124的輸入求和節(jié)點122，有源衰減電路126由衰減電阻器128和130組成。被緩沖的外部終端電壓VTERM也通過電阻器132連接到求和節(jié)點122。求和放大器124產(chǎn)生的輸出電壓等于VTERM+0.1428×(VI-VTERM)，其中標量項0.1428為衰減電路126的衰減因子的函數(shù)。求和放大器124的輸出電壓連接到VT驅(qū)動放大器98的輸入端。VT驅(qū)動放大器98的電壓增益由電阻器135和136設(shè)定，它們提供1.5556的比例因子用于產(chǎn)生輸出電壓VT＝1.5556×VTERM+0.2222×(VI-VTERM)和驅(qū)動電流IT，驅(qū)動電流IT連接到輸入終端電阻器68和70的公共節(jié)點72上。
外部終端電壓VTERM還通過電阻器138連接到求和節(jié)點134。差動增益校正放大器120的輸出也通過電阻器140連接到求和節(jié)點134，其中電阻器138和140具有基本上相等的電阻值。求和節(jié)點134的輸入電壓值為VTERM+(VI-VTERM)，它連接到VA驅(qū)動放大器100的輸入端。連接在VA驅(qū)動放大器100兩端的增益電阻器142與求和節(jié)點電阻器138和140一起提供比例因子-0.667，用于產(chǎn)生輸出電壓VA＝-0.6667×VTERM-0.6667×(VI-VTERM)和驅(qū)動電流IA，驅(qū)動電流IA連接到衰減器76和78的公共節(jié)點82上。
上面的說明基于匹配的50歐姆的源阻抗。本發(fā)明中描述的直流共模補償對于其它平衡輸入源阻抗值也有效。下面的方程說明對于三種公用源阻抗情況下的補償網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)電壓。交流耦合源阻抗情況有效地描述了一種有限直流源阻抗的結(jié)果。以下方程示出與直流共模電壓VCM(而不是項(VI-VTERM))的關(guān)系。
零歐姆源阻抗VT＝1.3333×Vterm+0.2222×VCMVA＝-0.6667×VCMV1＝VCM50歐姆源阻抗VT＝1.4444×Vterm+0.1111×VCMVA＝-0.3333×Vterm-0.3333×VCMV1＝0.5(Vterm+VCM)交流耦合源阻抗VT＝1.5556×VTERMVA＝-0.6667×VtermV1＝Vterm本發(fā)明的輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60具有一直到直流的響應，這為處理差動方式直流信號作好準備。在不平衡的情況下，差動方式直流信號輸入VDM被加到IN+信號的輸入端62，而零伏加到IN-信號的輸入端64，輸入差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60仍然試圖使衰減器76和78的輸出節(jié)點88上的共模直流電壓平衡。在剛剛說明的差動方式直流信號的情況下，從零歐姆源阻抗得到的差動放大器80的輸入直流電壓為INPUT+＝+0.2×VDMINPUT-＝-0.2×VDM上述方程表明，差動方式直流輸入具有校正2.5X的衰減，并且電平被位移以便在差動放大器80的輸入端給出零共模信號。即使對于差動方式直流輸入，輸入的差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60都試圖使差動放大器80的動態(tài)范圍最大。
已描述了與具有有效的50歐姆終端和2.5X的衰減因子的差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)60有關(guān)的上述發(fā)明。這些特定參數(shù)產(chǎn)生規(guī)定值的VT和VA的幾個標量A、B、C和D。還可以在不同的有效差動終端值和不同的衰減因子(它們將產(chǎn)生VT和VA的不同比例因子)下實現(xiàn)本發(fā)明。而且將本發(fā)明最佳化，以便使輸出差動放大器80的動態(tài)范圍最大。為了實現(xiàn)所述參數(shù)，成比例的補償電壓VA設(shè)置成把基本上固定的零伏直流共模電壓提供給差動放大器80的倒相和非倒相輸入端。
已經(jīng)描述了具有與對應的電阻衰減器電路并聯(lián)的第一和第二輸入終端電阻器的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控電路連接到網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點并產(chǎn)生表示輸入節(jié)點上的直流共模電壓和終端電壓的組合的輸出信號?？刂齐娐方邮毡O(jiān)控電路的輸出信號和終端電壓并產(chǎn)生成比例的終端電壓和成比例的補償電壓以及相關(guān)的驅(qū)動電流。所述成比例的終端電壓和成比例的補償電壓以及驅(qū)動電流提供通過輸入終端電阻和衰減器的用于使網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點上的直流電流降到零的直流電流，并提供從第一和第二衰減器輸出的直流共模電壓，用于使差動測量放大器的動態(tài)范圍最佳。
對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，很明顯，本發(fā)明的上述實施例的細節(jié)在不脫離本發(fā)明的基本原理的情況下，可以作許多變化。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由以下權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)接收來自具有源電阻并連接到差動放大器的電壓源的直流共模電壓，所述差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輸入終端電阻，它們具有公共節(jié)點和接收來自所述電壓源的所述直流共模電壓的各自的輸入節(jié)點；第一和第二衰減器，它們具有公共節(jié)點以及各自的輸入節(jié)點和輸出節(jié)點，每一個相應的輸入節(jié)點連接到所述第一和第二輸入終端電阻之一；監(jiān)控電路，它連接到所述第一和第二輸入終端電阻的所述輸入節(jié)點，用于產(chǎn)生表示所述輸入源電阻上的所述直流共模電壓和表示所述輸入終端電阻上的外加終端電壓的電壓的組合的輸出信號；以及控制電路，它接收所述外加終端電壓和所述監(jiān)控電路輸出信號并產(chǎn)生作為所述外加終端電壓和所述直流共模電壓的函數(shù)的成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及成比例的補償電壓和驅(qū)動電流，同時，所述成比例的終端電壓和驅(qū)動電流連接到所述第一和第二輸入終端電阻的所述公共節(jié)點，而所述成比例的補償電壓和驅(qū)動電流連接到所述第一和第二衰減器的公共節(jié)點，用于提供通過所述第一輸入終端電阻和第一衰減器以及所述第二輸入終端電阻和第二衰減器的用于使所述第一和第二輸入終端電阻的所述輸入節(jié)點上的直流電流降至零的直流電流，并在所述第一和第二衰減器的所述輸出節(jié)點上提供使所述差動放大器的動態(tài)范圍最佳化的直流共模電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述監(jiān)控電路包括電阻式分壓器網(wǎng)絡(luò)，所述電阻式分壓器網(wǎng)絡(luò)相對于所述第一和第二輸入終端電阻具有高阻抗輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一和第二輸入終端電阻還包括各自的第一和第二輸入終端電阻器，其中，所述第一輸入終端電阻器與所述第一衰減器并聯(lián)，而所述第二輸入終端電阻器與所述第二衰減器并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一和第二衰減器中的每一個包括第一和第二電阻器，其中所述第一電阻器的一端連接到所述第一和第二輸入終端電阻器之一而另一端在所述衰減器的所述輸出節(jié)點上與所述第二電阻器的一端連接，并且所述第二電阻器的另一端連接成在所述第一和第二衰減器的所述公共節(jié)點上接收所述成比例的補償電壓和驅(qū)動電流。
5.如權(quán)利要求4所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述成比例的終端電壓和成比例的補償電壓具有比例因子，所述各比例因子隨所述第一和第二輸入終端電阻器和所述各自的第一和第二衰減器的所述第一和第二電阻器而變。
6.如權(quán)利要求5所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述成比例的終端電壓具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供與所述外加終端電壓成比例的第一電壓，所述第二比例因子提供與所述第一和第二輸入終端電阻的所述輸入節(jié)點上的所述直流共模電壓和所述外加終端電壓之間的差值成比例的校正電壓。
7.如權(quán)利要求5所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述成比例的補償電壓具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供與所述外加終端電壓成比例的第一電壓，所述第二比例因子提供與所述第一和第二輸入終端電阻的所述輸入節(jié)點上的所述直流共模電壓和所述外加終端電壓之間的差值成比例的校正電壓。
8.如權(quán)利要求1所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述控制電路還包括差動放大器，它接收來自所述監(jiān)控電路的所述輸出信號和所述外加終端電壓并產(chǎn)生表示所述監(jiān)控電路的所述輸出信號和所述外加終端電壓之間差值的輸出信號；第一求和節(jié)點，它連接成接收所述外加終端電壓和來自所述差動放大器的所述輸出信號并產(chǎn)生表示所述外加終端電壓的輸出信號和來自所述差動放大器的所述輸出信號的衰減后的表示；第二求和節(jié)點，它連接成接收所述外加終端電壓和來自所述差動放大器的所述輸出信號并產(chǎn)生表示所述外加終端電壓的輸出信號和來自所述差動放大器的所述輸出信號；第一驅(qū)動放大器，它具有比例增益因子并連接成接收來自所述第一求和節(jié)點的所述輸出信號，用于產(chǎn)生所述成比例的終端電壓和驅(qū)動電流；以及第二驅(qū)動放大器，它具有比例增益因子并連接成接收來自所述第二求和節(jié)點的所述輸出信號，用于產(chǎn)生所述成比例的補償電壓和驅(qū)動電流。
9.如權(quán)利要求8所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一求和節(jié)點包括接收來自所述差動放大器的所述輸出信號的有源衰減電路；以及求和放大器，它具有連接成接收所述外加終端電壓并連接到所述衰減電路的中間節(jié)點的輸入節(jié)點，用于接收來自所述差動放大器的所述輸出信號的衰減后的表示并產(chǎn)生表示所述外加終端電壓的所述輸出信號和來自所述差動放大器的所述輸出信號的所述衰減后的表示。
10.如權(quán)利要求1所述的差動終端和衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中所述成比例的終端電壓和驅(qū)動電流以及所述成比例的補償電壓和驅(qū)動電流從所述第一和第二衰減器產(chǎn)生基本上零伏的的直流共模電壓。
全文摘要
差動終端和衰減網(wǎng)絡(luò)接收具有直流共模電壓的差動輸入信號。網(wǎng)絡(luò)電路包括第一和第二輸入終端電阻器，它們與對應的電阻式衰減器電路并聯(lián)。監(jiān)控電路連接到網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點并產(chǎn)生表示輸入節(jié)點上的直流共模電壓和外加終端電壓的組合的輸出信號?？刂齐娐方邮毡O(jiān)控電路的輸出信號和外加終端電壓并產(chǎn)生成比例的終端電壓和成比例的補償電壓以及驅(qū)動電流。所述成比例的終端電壓和成比例的補償電壓以及驅(qū)動電流提供通過輸入終端電阻和衰減器的用于使網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點上的直流電流降至零的直流電流，并提供第一和第二衰減器的直流共模電壓的輸出，用于使差動測量放大器的動態(tài)范圍最佳。
文檔編號G01R1/00GK1815244SQ200610003750
公開日2006年8月9日 申請日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者I·G·波洛克, R·A·范埃普斯 申請人:特克特朗尼克公司