專利名稱：具有補償網(wǎng)絡的探針系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如用于示波器的探針系統(tǒng)。然而，該探針系統(tǒng)也可以用于其它測量儀器，例如，頻譜分析儀或網(wǎng)絡分析儀。
背景技術：
從現(xiàn)有技術已知具有不同的放大器架構的各種探針系統(tǒng)。例如，專利號為6，856，126B2的美國專利公開了一種放大器架構，該放大器架構具有差分探針，所述差分探針具有在共基極電路中操作的兩個雙極緩沖單元；以及差分放大器。在這種情況下，存在期望補償峰值網(wǎng)絡的零點的補償網(wǎng)絡
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進的共模抑制的探針系統(tǒng)，該探針系統(tǒng)在整個頻率范圍內(nèi)盡可能均勻地作用。通過權利要求I的特征實現(xiàn)所述目的。獨立權利要求詳細說明本發(fā)明的進一步發(fā)展的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明，至少一個補償網(wǎng)絡被布置在差分放大器的輸出端或反饋路徑中，反饋路徑將輸出端連接到差分放大器的輸入端。與從現(xiàn)有技術中獲知的補償網(wǎng)絡的輸入端布置相比，本發(fā)明具有提供顯著改進的共模抑制的優(yōu)點。雖然在現(xiàn)有技術的情況下，兩個輸入電流被提供給分別以接地為基準且彼此不關聯(lián)的補償網(wǎng)絡，并且僅在此之后實現(xiàn)在電壓電平的差值的形成，但是在本發(fā)明的情況下，首先形成輸入電流之間的差值，隨后僅輸入電流之間的差值被提供到放大器的輸出端的至少一個補償網(wǎng)絡。雖然在現(xiàn)有技術的情況下，共模電流被直接傳輸至作為共模調(diào)制的差分放大器，但是在本發(fā)明的情況下，共模輸入信號在被提供給補償網(wǎng)絡之前已經(jīng)被抑制。因此，還大大減少有關共模噪聲的敏感度。雖然在現(xiàn)有技術的情況下，例如通過制造公差產(chǎn)生的在兩個輸入端補償網(wǎng)絡之間的甚至小的差異立即導致共模電壓轉(zhuǎn)化成差分電壓，但是利用根據(jù)本發(fā)明的實施方式大大減少這種影響，這是因為補償在差值形成之后發(fā)生，并且僅關聯(lián)于一個補償網(wǎng)絡。因此，如在兩個獨立的補償網(wǎng)絡的情況下，沒有發(fā)生公差問題。此外，可以看出，在廣泛的帶寬上的高的線性度可能引起電流的差值形成。在具有兩個電阻器的輸入網(wǎng)絡的實施方式中，僅一個電阻器被并聯(lián)連接的電容器橋接，該實施方式具有的優(yōu)點是在輸入網(wǎng)絡中除了零點之外還存在極點。在現(xiàn)有技術的情況下，通過對比，僅存在零點，這是因為沒有串聯(lián)的電阻器。由于極點，在幾GHz的范圍內(nèi)提高在高頻率處的輸入阻抗。然而，通過具有兩個串聯(lián)電阻器和與兩個串聯(lián)電阻器之一并聯(lián)的電容器的補償網(wǎng)絡的相應的實施方式，實現(xiàn)了適量的相互補償。在這種情況下，補償網(wǎng)絡的極點補償輸入網(wǎng)絡的零點，以及補償網(wǎng)絡的零點補償輸入網(wǎng)絡的極點。通常，在輸出端僅提供單個補償網(wǎng)絡是足夠的，優(yōu)選在輸出端處，在輸出端處獲取待被進一步處理的信號。如果放大器被具體化為具有差分輸出的全差分放大器，則還可有利于改進對稱以在第二反相輸入端處提供第二補償網(wǎng)絡?？商孢x地，還可以將補償網(wǎng)絡直接布置在兩個輸出端之間而不是布置在各輸出端與電路接地之間，其中，隨后有利地提供至少兩個串聯(lián)的電阻器，并且電容器被布置成與電阻器之一并聯(lián)。可替選地，還可以在輸出端和分配的輸入端之間的反饋路徑中布置補償網(wǎng)絡，而不是在輸出端和電路接地之間布置補償網(wǎng)絡。


下文將參照附圖中示出的示例性實施方式、通過示例，更詳細地描述本發(fā)明。附圖如下圖I示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第一示例性實施方式的基本電路圖；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第二示例性實施方式的基本電路圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第三示例性實施方式的基本電路圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第四示例性實施方式的基本電路圖。
具體實施例方式圖I示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第一示例性實施方式。根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)特別用作示波器的探針；然而，其還可以以其他方式被使用。輸入信號的電壓Vinp被提供給輸入端El。在不例性實施方式中，該輸入信號Vinp在其到達傳輸線Tp之前首先通過第一電阻器Rlp和第二電阻器R2p。這種傳輸線Tp可以為例如同軸線。然而，還可以為平帶導線或帶線，尤其為共面線。通過傳輸線Tp，信號被傳輸給定的空間距離到達放大單元VE。然后，在放大器單元VE中，輸入信號通過第三電阻器R3p傳輸至差分放大器Al的輸入端ENI。這種放大器Al的輸入電阻優(yōu)選被設計成低歐姆的，使得大量的電流IP流入放大器Al的輸入端。放大器Al優(yōu)選被設計成差分電流放大器，也就是說，其輸出電流Ioutn或輸出電流Ioutp與輸入電流Ip和輸入電流In之間的差值成正比。在優(yōu)選示例性實施方式中，通過將第一電容器Clp與電阻器R2p并聯(lián)連接，第二電阻器R2p被第一電容器Clp橋接。因此，電阻器R2p被橋接并且不傳輸輸入信號Vinp的高頻信號部分，也就是說，不傳輸高頻信號成分。電阻器RlP和電阻器R2p與電容器一起形成輸入網(wǎng)絡ENp。包括第四電阻器R4p、第五電阻器R5p和第二電容器C2p的第一補償網(wǎng)絡KNp被連接到第一放大器Al的第一輸出端OUTp。在示例性實施方式中，補償網(wǎng)絡KNp被具體化為電阻器R5p與電容器C2p的并聯(lián)電路并且被布置在放大器Al的第一輸出端OUTp和電路接地M之間。與現(xiàn)有技術的專利號為6，856，126B2的美國專利相比，僅一個補償網(wǎng)絡與電路的功能相關。這具有實質(zhì)性的優(yōu)點。尤其是，在補償網(wǎng)絡KNp和補償網(wǎng)絡KNn之間的不可避免的制造公差不會導致共模信號轉(zhuǎn)變成差分信號。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中顯著改進CMM (共模響應比，在共?？刂葡碌奶匦?。探針系統(tǒng)被設想用于差分輸入信號，S卩，在輸出端A的輸出電壓Vout取決于在第一輸入端El和第二輸入端E2之間的電壓差或在放大器Al的相應的輸入端ENI和輸入端EIP之間的電流差Ip-In。與用于正輸入信號Vinp的第一信號路徑并聯(lián),存在用于負輸入信號Vinn的第二信號支路，該第二信號支路被連接到第二輸入端E2。這種負輸入信號Vinn通過對應的第一電阻器Rln和第二電阻器R2n傳輸至第二傳輸線Tn的輸入端。在此第二電阻器R2n也與相應的第一電容器Cln橋接。信號從傳輸線Tn的輸出端通過第三電阻器R3n傳輸至放大器Al的反相輸入端EIN,該放大器Al被具體化為全差分放大器。此處的放大器A為電流放大器。在第一輸出端OUTp處的輸出電流Ioutp取決于借助放大因子Al的、在輸入端的電流Ip和電流In之間的差值。適用于下列公式=Ioutp=AiX(Ip — In)。反之，下列公式適用于在第二輸出端OUTn處的電流Ioutn Von I0utn=Ai X(In-Ip)0補償網(wǎng)絡KNn包括第五電阻器R5n和第二電容器C2n的并聯(lián)電路、及與第二電容器C2n串聯(lián)連接的第四電阻器R4n，該補償網(wǎng)絡KNn將放大器Al的第二反相輸出端OUTn連接到也可以存在于第二信號支路中的電路接地M。第二補償網(wǎng)絡KNn不是絕對必要的并 且還可以設置成替代第一補償網(wǎng)絡KNp。在每種情況下，在KNp和KNn之間的小的差異不起作用并且不會導致具有共模調(diào)制(Vinp-Vinn)的輸出信號Vout。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第二示例性實施方式。已經(jīng)用相應的附圖標記標明參照圖I已描述的電路元件并且將不會再描述以免重復。以下描述僅集中于第二示例性實施方式的特性。在示出的第二示例性實施方式中，放大器A2具體為全差分運算放大器。與在圖I中示出的第一示例性實施方式相比，在圖2中示出的第二示例性實施方式中的補償網(wǎng)絡KNp和相應的補償網(wǎng)絡KNn沒有被具體化在輸出端OUTp和電路接地M之間、以及相應的輸出端OUTn和電路接地M之間，而是被具體化在全差分運算放大器A2的反相輸出端OUTn和放大器A2的非反相輸入端ENI之間，或在相應的非反相輸出端OUTp和反相輸入端EIN之間。在圖2中示出的示例性實施方式中，補償網(wǎng)絡KNp也被具體化為第五電阻器R5p和第二電容器C2p的并聯(lián)電路、且結合與該并聯(lián)電路串聯(lián)連接的第四電阻器R4p。補償網(wǎng)絡KNp將放大器A2的輸出端OUTn連接到非反相輸入端ENI。將放大器A2的輸出端OUTp連接到其反相輸入端EIN的補償網(wǎng)絡KNn以類似的方式被具體化。圖2所示的電路與圖I所不的電路的功能基本相同。電阻器R1、電阻器R2和電容器Cl分別產(chǎn)生頻率響應中的零點和第一極點。典型值被設置為R2n=R2p=50k0hm。優(yōu)選值的范圍被設置在5k0hm和IOOkOhm之間。對于Rlp=Rln的典型值被設置為4500hm。合理的值的范圍被設置在500hm和IkOhm之間。用于第一電容器的典型值被設置為Clp=Cln=O. 2pF。優(yōu)選值的范圍被設置在0. IpF和IpF之間。用于第三電阻器R3p=R3n的典型值被設置為500hm。此處優(yōu)選值的范圍被設置在IOOhm和IOOOhm之間。用于第四電阻器R4p=R4n的典型值被設置成例如50500hm。優(yōu)選值的范圍被設置在IkOhm和IOkOhm之間。用于第二電容器C2p=C2n的電容的典型值被設置為2pF。對此優(yōu)選值的范圍被設置在0. 5pF和5pF之間。電阻器R3p和電阻器R3n用于相對于浪涌阻抗正確地終止傳輸線Tp和傳輸線Tn。所謂的跨阻抗運算放大器可以用作放大器Al，其應當提供取決于高頻率的相對低的輸入阻抗。利用補償網(wǎng)絡KNn和補償網(wǎng)絡KNp產(chǎn)生頻率響應中的第二零點和第二極點，補償網(wǎng)絡KNn包括電阻器R4n、電阻器R5n以及電容器C2n，補償網(wǎng)絡KNp包括電阻器R4p、電阻器R5p以及電容器C2p，其中，第二極點的頻率等于第一零點的頻率，并且第二零點的頻率等于第一極點的頻率。在整個頻率范圍內(nèi)正確地終止傳輸線Tp和傳輸線Tn，使得在頻率響應中未出現(xiàn)干擾波紋。具有直流電壓的電路的輸入電阻對應于電阻的和R1+R2+R3并且因此非常高。在探針的近端的傳輸線Tp和相應的傳輸線Tn的輸入端處布置的輸入網(wǎng)絡ENp和相應的輸入網(wǎng)絡ENn遠小于放大器模塊VE并且可以被非常簡單地布置在探針內(nèi)難以接近的位置上。上述值的范圍和解釋不僅應用于圖2的示例性實施方式，而且還應用于所有的示例性實施方式。圖3示出另一替選示例性實施方式。所述示例性實施方式與圖I的示例性實施方式對比，補償網(wǎng)絡KNp和第二補償網(wǎng)絡KNn沒有分別設置在輸出端OUTp和電路接地M之間、以及輸出端OUTn和電路接地M之間，但是存在通用補償網(wǎng)絡KNpn，該通用補償網(wǎng)絡KNpn被布置在兩個輸出端OUTp和輸出端OUTn之間。由于相對于電路接地的對稱性，因此不需要連 接到電路接地。這種補償網(wǎng)絡KNpn便利地包括兩個串聯(lián)連接的電阻器R4pn、電阻器R5pn。電容器C2pn則便利地并聯(lián)連接到電阻器R5pn。在這種示例性實施方式中，輸出電壓Vout為兩個輸出電壓Vop和Von之間的差值，Vout=Vop 一 Von。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的探針系統(tǒng)的第四示例性實施方式。該示例性實施方式與圖I中示出的示例性實施方式的區(qū)別在于省掉不用于進一步處理信號的在輸出端OUTn處的第二補償網(wǎng)絡KNn。實際上，利用端式電阻器Ra終止輸出端OUTn，從輸出端OUTn流出乘以放大因子Ai的電流之間的差值In-Ip。該端式電阻器Ra將輸出端OUTn連接到電路接地M0以類似的方式，也可以通過省略此處的第二補償網(wǎng)絡KNn修改在圖2中示出的示例性實施方式。因此，僅單個補償網(wǎng)絡KNp是足夠的，這是因為其作用于輸出電流，該輸出電流取決于借助放大因子Ai的、在兩個輸入電流Ip和輸入電流In之間的差值Ip - In。因此，補償網(wǎng)絡KNp作用于輸入網(wǎng)絡ENp和輸入網(wǎng)絡ENn。僅使用單個補償網(wǎng)絡KNp甚至是有利的，一方面，以簡化電路，另一方面，以避免補償網(wǎng)絡的第二零點和第二極點的精確位置上的成分公差的影響。補償網(wǎng)絡KNp被便利地布置在輸出端OUTp，在輸出端OUTp處，通過輸出端A獲取輸出電壓Vout。然而，原則上，單個補償網(wǎng)絡KNn也可以被布置在另一輸出端OUTn，則可以省掉補償網(wǎng)絡KNp。如果差分放大器Al僅具有單個輸出端，例如，僅具有輸出端OUTp，但沒有輸出端OUTn，則也可以使用根據(jù)圖4的實施方式，輸出端OUTp的輸出電流Ioutp僅取決于電流之間的差值Ip - In，輸出端OUTn的輸出電流Ioutn取決于電流之間的差值In_Ip。也可以進一步緩沖輸出電壓Vout以便通過另外的波導提供給測量裝置。還可以將電壓Vop和電壓Von利用差分輸入直接提供給測量裝置。為了進一步改善由波導Tp和波導Tn上的多次反射造成的殘余波紋，還可以利用大約電阻器R3p和電阻器R3n的電阻值的大小的電阻器終止波導Tp和波導Tn。反之，還可以設想在波導Tp和波導Tn的輸入端之間連接2XR3p=2XR3n大小的電阻器。正如已經(jīng)提到的，在輸出端A的輸出電壓Vout與輸入電壓之間的差值成正比，也就是說，與Vinp - Vinn成正比。如果正確選擇補償網(wǎng)絡的極點和零點的閾值頻率，放大率Vout/ (Vinp — Vinn)至少近似與頻率無關。如果在整個頻率范圍內(nèi)正確地終止波導，則在頻率響應中沒有發(fā)生波紋干涉。具有直流電壓的電路的輸入電阻對應于電阻值的總和Rlp+R2p+R3p=Rln+R2n+R3n。因此，輸入電阻非常高。 本發(fā)明并不僅限于示出的示例性實施方式。例如，還可以再分補償網(wǎng)絡，其中，補償網(wǎng)絡的第一部分被設置在相應的反饋路徑中并且補償網(wǎng)絡的另一部分被布置在放大器的負載端。
權利要求
1.一種用于記錄差分輸入信號的探針系統(tǒng)，所述探針系統(tǒng)包括 第一輸入網(wǎng)絡(ENp)，所述第一輸入網(wǎng)絡被提供有所述差分輸入信號的第一成分(Vinp)以便產(chǎn)生第一中間信號(Ip)； 第二輸入網(wǎng)絡(ENn)，所述第二輸入網(wǎng)絡被提供有所述差分輸入信號的第二成分(Vinn)以便產(chǎn)生第二中間信號(In)； 差分放大器(Al),所述差分放大器被布置在輸入網(wǎng)絡(ENp、ENn)的信號流方向的下游，用于放大所述中間信號(Ip、In)之間的差值；以及 至少一個補償網(wǎng)絡(KNp、KNn ;KNpn),所述至少一個補償網(wǎng)絡用于補償所述輸入網(wǎng)絡(ENp、ENn)對所述差分輸入信號的所述成分(Vinp、Vinn)的影響， 所述探針系統(tǒng)的特征在于 所述至少一個補償網(wǎng)絡(KNp、KNn ;KNpn)被布置在所述差分放大器(Al)的輸出端或被布置在將所述差分放大器(Al)的輸出端連接到所述差分放大器(Al)的輸入端(ENI、EIN)的反饋路徑中。
2.根據(jù)權利要求I所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 用于傳輸所述差分輸入信號的所述第一成分(Vinp)的第一傳輸線(Tp)在所述信號流方向上被連接在所述第一輸入網(wǎng)絡(ENp)的輸出端和所述差分放大器(Al)的第一輸入端(ENI)之間，和/或 用于傳輸所述差分輸入信號的所述第二成分(Vinn )的第二傳輸線(Tn )在所述信號流方向上被連接在所述第二輸入網(wǎng)絡(ENn)的輸出端和所述差分放大器(Al)的第二輸入端(EIN)之間。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 各輸入網(wǎng)絡(ENp ;ENn)包括第一電阻器(Rip ;Rln)與第二電阻器(R2p ;R2n)的串聯(lián)電路、以及第一電容器(Clp ;Cln)，所述第一電容器并聯(lián)連接到所述第二電阻器(R2p ;R2n)。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 第三電阻器(R3p ；R3n)被布置在各傳輸線(Tn ；Tp)和所述差分放大器(Al)的關聯(lián)輸入端(ENI ；EIN)之間，所述第三電阻器(R3p ；R3n)利用匹配的終端電阻值終止相應的傳輸線(Tn ;Tp)。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 各補償網(wǎng)絡(KNp ；KNn)包括串聯(lián)連接的第四電阻器(R4p ；R4n)與第五電阻器(R5p ；R5n)、以及第二電容器(C2p;C2n)，所述第二電容器并聯(lián)連接到所述第五電阻器(R5p ；R5n)。
6.根據(jù)權利要求I至5中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 第一補償網(wǎng)絡(KNp)被布置在所述差分放大器(Al)的第一輸出端(OUTp)和電路接地(M)之間，和/或 第二補償網(wǎng)絡(KNn)被布置在所述差分放大器(Al)的第二輸出端(OUTn)和電路接地(M)之間。
7.根據(jù)權利要求I至5中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 第一補償網(wǎng)絡(KNp)被布置在所述差分放大器(Al)的第一輸出端(OUTn)和所述差分放大器(Al)的第一輸入端(ENI)之間,和/或第二補償網(wǎng)絡(KNn)被布置在所述差分放大器(Al)的第二輸出端(OUTp)和所述差分放大器(Al)的第二輸入端(EIN)之間。
8.根據(jù)權利要求I至7中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 通用補償網(wǎng)絡(KNpn)被布置在所述差分放大器(Al)的第一輸出端(OUTp)和第二輸出端(OUTn)之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 所述通用補償網(wǎng)絡(KNpn)包括三個電阻器(R4p ；R5pn ；R4n)的串聯(lián)電路、以及另一電容器(C2pn)，所述另一電容器(C2pn)并聯(lián)連接到所述三個電阻器(R4p ；R5pn ；R4n)的中間的一個電阻器上。
10.根據(jù)權利要求I至9中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 各輸入網(wǎng)絡(ENp ；ENn)在所述各輸入網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)中分別提供第一零點和第一極點，以及 各補償網(wǎng)絡(KNp ；KNp ;KNpn)在所述各補償網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)中分別提供第二零點和第二極點， 其中，各補償網(wǎng)絡(KNp ；KNp ;KNpn)的所述第二零點補償至少一個輸入網(wǎng)絡(ENp ；ENn)的極點，以及各補償網(wǎng)絡(KNp ；KNp ；KNpn)的所述第二極點補償至少一個輸入網(wǎng)絡(ENp ；ENn)的零點。
11.根據(jù)權利要求I至10中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 所述差分放大器(Al)提供低歐姆輸入端，并且所述差分放大器(Al)提供至少一個輸出端，所述至少一個輸出端的輸出信號與兩個輸入電流之間的差值成正比。
12.根據(jù)權利要求I至11中任一項所述的探針系統(tǒng)，其特征在于 所述差分放大器(A2)提供非反相輸出端(OUTp)和反相輸出端(OUTn)。
全文摘要
一種用于記錄差分輸入信號的探針系統(tǒng)，所述探針系統(tǒng)包括第一輸入網(wǎng)絡(ENp)，所述第一輸入網(wǎng)絡被提供有所述差分輸入信號的第一成分(Vinp)以便產(chǎn)生第一中間信號(Ip)；和第二輸入網(wǎng)絡(ENn)，所述第二輸入網(wǎng)絡被提供有所述差分輸入信號的第二成分(Vinn)以便產(chǎn)生第二中間信號(In)。用于放大中間信號(Ip、In)之間的差值的差分放大器(A1)被布置在輸入網(wǎng)絡的信號流方向的下游。至少一個補償網(wǎng)絡(KNpn)用于補償輸入網(wǎng)絡(ENp；ENn)的影響并且被布置在所述差分放大器(A1)的輸出端或被布置在將輸出端連接到所述差分放大器的輸入端的反饋路徑中。
文檔編號G01R1/067GK102762993SQ201180010141
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權日2010年2月19日
發(fā)明者塞德里克·邦尼特, 馬丁·佩斯克 申請人:羅德施瓦茲兩合股份有限公司