具有輸出鉗位電路的示波器探針的制作方法
【專利摘要】一種測量儀器的探針包含配置成從受測設備（DUT）接收輸入信號的輸入端；配置成向測量儀器發(fā)送輸出信號的輸出端；以及布置在該輸入端與該輸出端之間的信號路徑中和配置成將內部探針信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間以產生輸出信號的鉗位電路，其中該鉗位電路在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間的整個范圍內以基本增益和振幅線性工作。
【專利說明】具有輸出鉗位電路的示波器探針

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有輸出鉗位電路的示波器探針。

【背景技術】
[0002] 示波器是一種允許觀察隨時間變化電信號的電子測試儀器。在典型操作期間，示 波器通過與受測設備（DUT)連接的示波器探針接收輸入信號，并將接收的信號顯示在電子 顯示器上。
[0003] 在某些背景下，可能希望使用示波器在大數(shù)值范圍上，例如，在高動態(tài)范圍上觀察 信號。例如，當表征移動電話時，可能希望觀察其在像睡眠狀態(tài)那樣的低電流狀態(tài)下工作 時，以及在高電流狀態(tài)，例如，信號發(fā)送狀態(tài)下工作時的信號特性。此外，還可能希望在不同 級別的范圍或分辨率上，例如，在放大級別和縮小級別上觀察信號。
[0004] 當使用示波器在高動態(tài)范圍上觀察信號時，信號超過像其輸入放大器和/或模擬 到數(shù)字轉換器(ADC)那樣的各種示波器組件的正常工作范圍并不罕見。舉一個例子來說， 當進行信號完整性測量(例如，過沖、下沖，脈動）時，用戶可能想測量信號的頂部和底部上 的小畸變。為了觀察這些畸變，用戶可能通過偏移輸入信號，然后圍繞感興趣波形部分提高 垂直靈敏度來提高示波器顯示器的有效分辨率和精度。這將使信號的小畸變擴展在示波器 ADC的較大范圍上。這種技術一般會提高對畸變測量的分辨率，但也可能將信號的主要部分 驅離屏幕和超過過濾器輸入放大器和ADC的動態(tài)范圍。
[0005] 在輸入信號超過上述或其它組合的動態(tài)范圍的情況下，可能使那些組件的輸出飽 和或接通過載保護電路直到輸入信號返回到動態(tài)范圍之內。此后，在組件返回正常工作狀 態(tài)的一段"過載恢復"期間示波器探針的輸出可能呈現(xiàn)失真。例如，如果輸入信號使輸入放 大器飽和，隨后返回到放大器的線性工作范圍之內，則放大器的輸出在輸入信號返回到線 性工作范圍之后的一段時間內可能呈現(xiàn)非線性失真。
[0006] 由于這些失真以及其它因素，一般不希望讓示波器輸入信號超過示波器的動態(tài)范 圍。傳統(tǒng)上，如果示波器探針的輸出超過示波器的動態(tài)范圍，則推薦的解決方案是提高相應 示波器通道的每刻度電壓（V/div)直到全屏電壓大于輸出電壓。但是，提高示波器通道的 V/div使通道噪聲增大并使ADC分辨率降低，因此妨礙了辨別小信號的能力。對于具有大動 態(tài)范圍輸出的示波器探針，過濾器輸入的過載恢復不允許以最大靈敏度精確觀看信號。由 于通道輸入噪聲以及ADC分辨率的不足，不能以亞毫伏精度觀察大信號。
[0007] 鑒于傳統(tǒng)做法的上述和其它缺點，一般需要在大動態(tài)范圍探針輸出中精確觀看小 電壓的技術和技法。


【發(fā)明內容】

[0008] 在一個代表性實施例中，一種測量儀器的探針包含：配置成從DUT接收輸入信號 的輸入端；配置成向測量儀器發(fā)送輸出信號的輸出端；以及鉗位電路，其布置在該輸入端 與該輸出端之間的信號路徑中并配置成將內部探針信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值 之間以產生輸出信號，其中該鉗位電路在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間的整個范圍內以基 本增益和振幅線性工作。在某些相關實施例中，該鉗位電路包含配置成鉗位內部探針信號 的正電壓部分以產生第一中間信號的第一精密整流器；配置成調整第一中間信號的DC偏 置以產生第二中間信號的第一電平位移器；配置成鉗位內部探針信號的負電壓部分以產生 第三中間信號的第二精密整流器；以及配置成調整第三中間信號的DC偏置以產生模擬輸 出信號的第二電平位移器。在某些其它相關實施例中，該探針進一步包含配置成向測量儀 器發(fā)送附加輸出信號的附加輸出端；布置在該輸入端與該輸出端之間的信號路徑中并設置 在該輸入端與該鉗位電路之間的第一探針放大器；以及布置在該輸入端與該附加輸出端之 間的附加信號路徑中的第二探針放大器。
[0009] 在另一個代表性實施例中，一種測量系統(tǒng)包含：測量儀器，其包含具有相應上下過 載保護閾值的過載保護電路；以及測量探針，其包含配置成從DUT接收輸入信號的輸入端； 配置成向測量儀器發(fā)送輸出信號的輸出端；以及鉗位電路，其布置在該輸入端與該輸出端 之間的信號路徑中并配置成將內部探針信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間以產生 輸出信號，其中該上過載保護閾值大于或等于該上鉗位閾值，以及該下過載保護閾值小于 或等于該下鉗位閾值。
[0010] 在又一個代表性實施例中，一種操作測量探針的方法包含：從DUT接收輸入信號； 處理輸入信號以產生輸出信號；以及向測量信號發(fā)送輸出信號，其中處理輸入信號包含通 過操作鉗位電路將輸入信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間以產生輸出信號，該鉗位 電路在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間的整個范圍內具有基本增益和振幅線性。在某些相關 實施例中，該鉗位包含將輸入信號反相并位移輸入信號的直流（DC)偏置；鉗位反相和位移 的輸入信號的負部分以產生第一中間信號；將第一中間信號反相并位移反相的第一中間信 號的DC偏置以產生第二中間信號；將第二中間信號反相并位移反相的第二中間信號的DC 偏置；鉗位反相和位移的第二中間信號的正部分以產生第三中間信號；以及將第三中間信 號反相并位移反相的第三中間信號的DC偏置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 當結合附圖閱讀時，可以最佳地從如下詳細描述中理解所述實施例。在任何可應 用或可實踐的地點，相同標號都表示相同元件。
[0012] 圖1是按照一個代表性實施例的示波器和示波器探針的示意圖；
[0013] 圖2是按照一個代表性實施例的圖1的示波器和示波器探針的框圖；
[0014] 圖3是按照一個代表性實施例的圖2的示波器探針的框圖；
[0015] 圖4A是按照一個代表性實施例的圖3的示波器探針中的鉗位電路的電路圖；
[0016] 圖4B是例示按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路的操作的電壓圖；
[0017] 圖5A是按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路中的第一精密整流器的電路 圖；
[0018] 圖5B是例示按照一個代表性實施例的圖5A的第一精密整流器的操作的電壓圖； [0019] 圖6A是按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路中的第一電平位移器的電路 圖；
[0020] 圖6B是例示按照一個代表性實施例的圖6A的第一電平位移器的操作的電壓圖；
[0021] 圖7是例示按照一個代表性實施例的圖4A的第二精密整流器的操作的電壓圖；
[0022] 圖8是例示按照一個代表性實施例的圖4A的第二電平位移器的操作的電壓圖；
[0023] 圖9是按照一個代表性實施例的與受測設備連接的示波器探針的電路圖；以及
[0024] 圖10是按照一個代表性實施例的圖9的示波器探針的更詳細電路圖。

【具體實施方式】
[0025] 在如下詳細描述中，為了說明而非限制的目的，給出了公開特定細節(jié)的代表性實 施例，以便使人們透徹理解本教導。但是，對于從本公開中受益的本領域普通技術人員來 說，顯而易見，不偏離本文公開的特定細節(jié)的按照本教導的其它實施例仍然在附屬權利要 求書的范圍之內。此外，可能省略對眾所周知裝置和方法的描述，以便不埋沒對示范性實施 例的描述。這樣的方法和裝置顯然在本發(fā)明教導的范圍之內。
[0026] 本文所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的而無意限制。所定義的術語另 外還具有如在本發(fā)明教導的【技術領域】內通常所理解和接受的所定義術語的科學和技術含 義。如在說明書和所附權利要求書中所使用，術語"一個"、"一種"和"該"包括單數(shù)和復數(shù) 指代物兩者，除非上下文另有明確指定。因此，例如，"一個器件"包括一個器件和多個器件。
[0027] 所述實施例一般涉及包含輸出鉗位電路的示波器探針。該輸出鉗位電路被設計成 防止示波器輸出可能使示波器的組件飽和或激活示波器內的過載保護電路的信號。該輸出 鉗位電路在由預定上下鉗位閾值界定的整個數(shù)值范圍內保持增益和振幅線性。于是，允許 在那整個范圍內相對精確地，例如，沒有要不然可能由飽和組件或過載保護電路產生的失 真或其它噪聲形式地觀察信號。這又可能使示波器可以用于以相對較高靈敏度測量小信 號。
[0028] 在某些實施例中，輸出鉗位電路包含一系列子電路，這些子電路包含第一精密整 流器、第一電平位移器、第二精密整流器、和第二電平位移器。第一精密整流器通過位移、 反相、衰減、和鉗位操作的組合，將輸入信號鉗位在上鉗位閾值上(例如，在正電壓電平上)， 然后第一電平位移器位移第一精密整流器的輸出信號并使其反相。第二精密整流器通過位 移、反相、衰減、和鉗位操作的組合，將輸入信號鉗位在下鉗位閾值上(例如，在負電壓電平 上)，然后第二電平位移器位移第二精密整流器的輸出信號并使其反相。以這種方式使用精 密整流器使輸出鉗位電路可以在上下鉗位閾值之間保持增益和振幅的基本線性，這往往使 噪聲降低并使示波器測量的靈敏度提高。
[0029] 在某些實施例中，輸出鉗位電路可以用于通過鉗位用于高靈敏度測量的第一通道 中的輸出信號范圍，同時允許大范圍輸出信號通過用于高動態(tài)范圍測量的第二通道來提高 高動態(tài)范圍示波器探針的性能。在典型操作期間，用戶可以在第一通道上"放大"以觀看高 分辨率特征，或在第二通道上"縮小"以觀察低分辨率特征。因為鉗位電路防止第一通道過 驅動示波器，所以即使第一通道的輸入電壓在觀看期間擺動到高電壓，也可以改善"放大" 觀看。在某些其它實施例中，輸出鉗位電路可以應用于單個通道，其中按照正在進行測量的 類型有選擇地啟用或禁用它。例如，當以高靈敏度觀察小信號時，可以啟用輸出鉗位電路， 而當以較低靈敏度觀察較大信號時，可以禁用它。
[0030] 盡管幾個實施例是針對示波器和示波器探針描述的，但所述概念不局限于示波器 技術，可以應用在像其它形式的測試或測量儀器那樣的其它背景中。例如，所述鉗位電路可 以應用在希望在鉗位閾值之間具有線性增益和振幅地進行鉗位的任何背景中。
[0031] 圖1是按照一個代表性實施例的示波器和示波器探針的示意圖。展示這個圖形是 為了例示可以將輸出鉗位應用于示波器探針的示范性背景。
[0032] 參照圖1，測量系統(tǒng)100包含示波器探針105和示波器110。在測量系統(tǒng)100的典 型操作期間，用戶將示波器探針105的探針尖端應用于DUT的測試點。一旦與測試點接觸， 示波器探針105就檢測測試點上的信號，并將信號發(fā)送給示波器。示波器110然后將信號 轉換成要顯示在顯示器115上的波形。
[0033] 示波器探針105可以采取多種多樣的可替代形式。例如，可以是有源探針或無源 探針；可以是單端探針或差分探針。另外，盡管示波器探針105被顯示成帶有單個探針頭和 尖端的單條引線，但可替代地可以實現(xiàn)成具有與，例如，DUT連接的多條引線。示波器探針 105通常從DUT接收輸入信號，處理輸入信號(例如，在有源探針中通過放大)，然后可選地 鉗位處理后輸入信號的數(shù)值以產生輸出信號。
[0034] 示波器110接收示波器探針105的輸出信號作為輸入信號，并對接收的輸入信號 進行處理。這種處理可以包括，例如，通過輸入放大器放大和通過ADC數(shù)字化。該數(shù)字化產 生要顯示在顯示器115上的數(shù)字值流。輸入放大器和/或ADC通常被配置成按照可以展示 在顯示器115上的數(shù)值的范圍放大和/或數(shù)字化信號。這個范圍也稱為顯示器115的"全 屏范圍"，通常通過顯示器115的垂直刻度的數(shù)量和每刻度電壓（V/div)的數(shù)量來規(guī)定。這 個范圍可以通過改變，例如，示波器探針105和/或輸入放大器的衰減來調整。在典型實現(xiàn) 中，全屏范圍稍低于輸入放大器和ADC的動態(tài)范圍，因此，當示波器110的輸入電壓超過全 屏范圍時，這些組件不會馬上飽和。例如，如果輸入放大器和ADC的動態(tài)范圍被設置成10V， 則可以將全屏范圍設置成8V。
[0035] 示波器110的輸入放大器可以通過當示波器110的輸入信號超過輸入放大器的動 態(tài)范圍時被激活的過載保護電路來保護。但是，過載保護電路的操作可能將失真引入未超 過輸入放大器的動態(tài)范圍的信號中。在過載保護電路失效之后的一段過載恢復期間通常存 在這種失真。一般說來，該失真可能干擾感興趣信號的觀察和測量。為了防止這樣的干擾， 不波器探針105包含將其輸出限制在不波器110的輸入放大器的動態(tài)范圍內的輸出鉗位電 路，有效地防止過載保護電路激活。這樣的輸出鉗位電路的例子以及它的操作的進一步細 節(jié)將在下面參考其它圖形來描述。
[0036] 圖2是按照一個代表性實施例的圖1的示波器110和示波器探針105的框圖。這 個圖形被展示成從DUT205到示波器110的信號流的簡單例示。
[0037] 參照圖2,在示波器探針105與DUT205接觸的情況下，將信號從DUT205發(fā)送到示 波器探針105。在示波器探針105內，可選地通過電壓鉗位電路發(fā)送信號，以保證不超過預 定上下鉗位閾值電壓。然后，將信號發(fā)送給示波器110,在示波器110中被放大，被數(shù)字化， 并展示在顯示器115上。
[0038] 圖3是按照一個代表性實施例的圖2的示波器探針105的框圖。這個圖形被展示 成示波器探針105的一些可能特征和示波器探針105內的可能信號流的簡單例子。在本例 中，示波器探針105是有源探針，但可替代地也可以是無源探針。
[0039] 參照圖3,示波器探針105包括探針放大器305和鉗位示波器探針105的輸出的鉗 位電路310。探針放大器305從DUT205接收輸入信號并放大輸入信號。鉗位電路310鉗位 放大后的輸入信號以產生范圍不超過下或上鉗位閾值的輸出信號。
[0040] 在某些實施例中，使探針放大器305工作在相對較高增益和較窄帶寬上，以便提 供具有相對較低信噪比（SNR)的輸出信號。在這些條件下，示波器探針105可以用于檢測 和輸出相應較小振幅的信號。同時，如果放大后輸入信號變得相對較大，使得超過上和/或 下鉗位閾值，則鉗位電路310將防止示波器探針105將大信號輸出到示波器110,因此防止 了過載防止的激活和伴隨失真的引入。
[0041] 盡管未例示在圖3中，但示波器探針105可以進一步包含調整探針放大器305和/ 或鉗位電路310的各種特性的機制。例如，它可以包含降低探針放大器305的增益和/或 禁用鉗位電路310的操作以分析較大輸入信號的機制。另外，它可以包含調整上下鉗位閾 值，例如，以便與具有不同過載保護閾值的示波器或過程兼容的機制。
[0042] 圖4A是按照一個代表性實施例的圖3的示波器探針中的鉗位電路310的電路圖， 以及圖4B是例示按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路的操作的電壓圖。對鉗位電路 310的一般描述將參考圖4A和4B給出，對鉗位電路310的各種特征的更詳細描述將參考圖 5到8給出。
[0043] 在圖4A和4B的例子中，鉗位電路310包含集體配置成鉗位輸入信號Vin以產生 通過上下鉗位閾值界定的輸出信號Vout的一系列子電路。為了例示的目的，在圖4B以及 隨后圖形的例子中將輸入信號Vin顯示成簡單正弦。但是，實際上，鉗位電路的輸入信號可 以采取任意形式。此外，為了例示的目的，在圖4B以及隨后圖形的例子中，上下鉗位閾值分 別通過+1. 4V和-1. 4V上的虛線示出。但是，實際上，這些閾值值可以任意調整。
[0044] 參照圖4A，鉗位電路310的子電路包含第一精密整流器405、第一電平位移器410、 第二精密整流器415和第二電平位移器420。這些電路如圖4A所例示依次排列，并被分別 配置成鉗位輸入信號Vin的正部分，與正鉗位協(xié)調地進行電平位移，鉗位輸入信號Vin的負 部分，以及與負鉗位協(xié)調地進行電平位移。第一和第二精密整流器405和415每一個的行 為像理想二極管和整流器。但是，在例示的設計中，這些精密整流器的每一個被修改成包括 在非零輸出電壓上產生直流（DC)位移的輸入電阻。第一和第二電平位移器410和420的 每一個具有產生相應DC位移的輸入電阻。這些輸入電阻的數(shù)值可以以協(xié)調方式調整，以確 定上下鉗位閾值。
[0045] 參照圖4B，在輸入信號Vin在上下鉗位閾值以內的情況下，輸出信號Vout基本上 具有與輸入信號Vin相同的形狀。否則，在+/-1.4V上鉗位輸出信號Vout。因為輸出信號 Vout在閾值值內基本上具有與輸入信號Vin相同的形狀，所以即使Vin的一些部分超過閾 值值，也可以在示波器110上可靠地觀察到Vin在閾值值內的部分。更一般地說，可以認為 鉗位電路310在上下鉗位閾值之間的整個區(qū)域內基本上呈現(xiàn)出其增益和振幅的線性。輸入 信號Vin與輸出信號Vout之間的相似性是這種基本線性的后果。
[0046] 圖5A是按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路310中的第一精密整流器405 的電路圖，以及圖5B是例示按照一個代表性實施例的圖5A的第一精密整流器405的操作 的電壓圖。
[0047] 參照圖5A和4B，第一精密整流器405接收輸入信號Vin并產生輸出信號Vopl。輸 出信號Vopl通過輸入信號Vin的位移、反相、衰減和鉗位的組合產生。第一精密整流器405 包含第一、第二和第三電阻505, 510和515、以反相配置安排的運算放大器（op_amp)520、和 第一和第二二極管525和530。第二電阻510與負供應電壓Vee連接，其余特征件如圖5A 所示相互連接。
[0048] 在第一精密整流器405的典型操作期間，首先按照跨過第一電阻505的反相op amp的行為修改輸入電壓Vin。負供應電壓Vee和第二電阻510在Vopl上造成DC位移。 除了別的以外，修改后電壓的數(shù)值由電阻的阻值和負供應電壓Vee的幅度決定。這些和其 它參數(shù)可以結合鉗位電路310的其它特征校準，以產生所希望工作特性。修改后電壓被 op-amp520、第三電阻515、和第一和第二二極管525和530的組合體反相、鉗位和衰減。
[0049] 如圖5B所例示，第一精密整流器405的操作將所有負電壓鉗位在零上，這最終導 致輸入電壓Vin的正部分的鉗位。這種鉗位也依靠將DC偏移引入輸入電壓Vin中。為了 例示省略DC偏移的后果，圖5B示出了對于輸入電壓Vin的所有正值，具有零電壓值的修改 后輸出電壓Vopl'。
[0050] 圖6A是按照一個代表性實施例的圖4A的鉗位電路310中的第一電平位移器410 的電路圖，以及圖6B是例不按照一個代表性實施例的圖6A的第一電平位移器410的操作 的電壓圖。
[0051] 參照圖6A和6B，第一電平位移器410從第一精密整流器405接收輸出信號Vopl， 并產生輸出信號Vop2。輸出信號Vop2通過輸出信號Vop 1的位移和反相的組合產生。第一電 平位移器410包含第一、第二和第三電阻605,610和615、和以反相配置安排的op-amp620。 第二電阻610與負供應電壓Vee連接，其余特征件如圖6A所示相互連接。
[0052] 在第一電平位移器410的典型操作期間，首先按照跨過第三電阻605的反相op amp的行為修改輸出電壓Vopl。負供應電壓Vee和第二電阻610在Vop2上造成DC位移。 除了別的以外，修改后電壓的數(shù)值由電阻的阻值和負供應電壓Vee的幅度決定。這些和其 它參數(shù)可以結合鉗位電路310的其它特征校準，以產生所希望工作特性。修改后電壓被 op-amp620、和第三電阻615的組合體反相和衰減。
[0053] 如圖6B所例示，輸出信號Vop2包含與輸入信號Vin的正值相對應的鉗位部分。如 鉗位部分與代表上鉗位閾值的虛線之間的間隙"G"所例示，隨后必須按比例放大輸出信號 V〇p2以便使鉗位發(fā)生在上鉗位閾值上。如圖7和8所例示，這種按比例縮放通過第二精密 整流器415和第二電平位移器的操作發(fā)生。
[0054] 圖7是例示按照一個代表性實施例的圖4A的第二精密整流器415的操作的電壓 圖。第二精密整流器415的基本配置與如結合圖5A所述的第一精密整流器405的類似，除 了二極管的方向相反，造成DC位移的供應電壓是正的，以及如有需要可以修改電阻的數(shù)值 以達到所希望衰減和DC位移之外。本領域的普通技術人員可以根據(jù)上面的描述很好地理 解這樣電路的操作。
[0055] 如圖7所例示，第二精密整流器415通過輸出信號Vop2的位移、反相、衰減和鉗位 的組合產生輸出信號Vop3。這些操作與第一精密整流器405進行的那些類似，除了它們對 輸出信號Vop2與輸入信號Vin中的負電壓相對應的部分產生鉗位之外。
[0056] 圖8是例示按照一個代表性實施例的圖4A的第二電平位移器420的操作的電壓 圖。第二電平位移器420的基本配置與如結合圖6A所述的第一電平位移器410的類似，除 了如有需要可以修改電阻的數(shù)值以達到所希望DC位移之外。本領域的普通技術人員可以 根據(jù)上面的描述很好地理解這樣電路的操作。
[0057] 如圖8所例示，第二電平位移器420通過位移，縮放和反相輸出信號Vop3的組合 產生輸出信號Vout。如圖8中的輸出電壓Vout與虛線之間的對準所指，第二電平位移器 420的操作將輸出信號Vop3縮放成上下鉗位閾值的電平。
[0058] 圖9是按照一個代表性實施例的與受測設備連接的示波器探針900的電路圖，以 及圖10是按照一個代表性實施例的示波器探針900的更詳細電路圖。示波器探針900是 高動態(tài)范圍示波器探針，代表上述的輸出鉗位電路的許多潛在應用之一。
[0059] 參照圖9和10,示波器探針900與兩個示波器通道A和B連接。通道A用于以大 比例（即，"縮小"比例）觀察輸入信號，信道B用于在放大的比例（"放大"比例）上觀察輸入 信號的細小部分。探針放大器905通過與DUT連接的探針引線對接收輸入信號，并通過放 大器1005和1010將輸入信號發(fā)送給各自通道A和B。放大器1005是具有適中帶寬（S卩，第 一帶寬）的較低增益（即，第一增益）差分放大器，放大器1010是具有較窄帶寬（即，第二帶 寬）以提高或優(yōu)化低電流電平SNR的較高增益(S卩，第二增益)差分放大器。為了防止通道B 被通過較高增益差分放大器輸出的信號過度驅動或飽和，將鉗位電路310放置在這個放大 器的輸出端上。盡管在圖中未示出，但如果需要的話，可以將開關電路加在低和高增益差分 放大器的輸出端上，因此可以顛倒"縮小"和"放大"信號路徑。另外，可以加入開關電路以 便可以轉移鉗位電路，因此關閉鉗位行為。
[0060] 示波器探針900提供了對利用相同電流探針觀看和測量極小電流和相當高電流 的問題的一種解決方案，以便可以在它們從低功率"睡眠"模式一直到最大功率模式一可以 是，例如，無線設備的發(fā)送模式或高速數(shù)據(jù)傳送和處理的整個操作上評估DUT。這種高動態(tài) 范圍示波器探針與傳統(tǒng)探針相比的潛在好處是可以避免只利用一般具有SNR局限性的一 條信號路徑測量電流。例如，可以使用"縮小"信號路徑測量一直到最大電流的對于這個范 圍中的電流來說具有良好SNR的較大電流，可以使用"放大"信號路徑測量存在于低功率或 "睡眠"模式之中的極小電流。另外，將鉗位電路310用在"放大"信號路徑中防止了示波器 探針900過度驅動過濾器輸入和引起示波器的可能過載恢復問題。如圖10所例示，"放大" 信號路徑具有相對較高增益和對于測量極小電流來說極大地提高了 SNR的有限帶寬。這種 特征可能包括在對于這些類型的測量通常無需大帶寬，以及與具有過分帶寬相比更希望提 高SNR的認識中。
[0061] 雖然本文公開了代表性實施例，但本領域的普通技術人員應該懂得，可以依照本 發(fā)明的教導作出許多改變，它們仍然在所附權利要求書的范圍之內。因此，除了在所附權利 要求書的范圍之內外，本發(fā)明不受其它限制。
【權利要求】
1. 一種測量儀器的探針，包含： 配置成從受測設備（DUT)接收輸入信號的輸入端； 配置成向測量儀器發(fā)送輸出信號的輸出端；以及 鉗位電路，其布置在該輸入端與該輸出端之間的信號路徑中并配置成將內部探針信號 鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間以產生輸出信號，其中該鉗位電路在上鉗位閾值與下 鉗位閾值之間的整個范圍內以基本增益和振幅線性工作。
2. 如權利要求1所述的探針，其中該測量儀器是示波器。
3. 如權利要求1所述的探針，其中上鉗位閾值對應于正電壓電平，并且下鉗位閾值對 應于負電壓電平。
4. 如權利要求3所述的探針，其中該鉗位電路包含： 配置成鉗位內部探針信號的正電壓部分以產生第一中間信號的第一精密整流器； 配置成調整第一中間信號的直流（DC)偏置以產生第二中間信號的第一電平位移器； 配置成鉗位內部探針信號的負電壓部分以產生第三中間信號的第二精密整流器；以及 配置成調整第三中間信號的DC偏置以產生模擬輸出信號的第二電平位移器。
5. 如權利要求4所述的探針，其中第一精密整流器、第一電平位移器、第二精密整流器 和第二電平位移器的每一個都包含以反相配置安排的運算放大器。
6. 如權利要求4所述的探針，其中第一精密整流器通過調整內部探針信號的DC偏置， 將內部探針信號反相，以及鉗位調整和反相的內部探針信號的負電壓部分，對正電壓部分 進行鉗位。
7. 如權利要求1所述的探針，進一步包含 配置成向測量儀器發(fā)送附加輸出信號的附加輸出端； 布置在該輸入端與該輸出端之間的信號路徑中并設置在該輸入端與該鉗位電路之間 的第一探針放大器；以及 布置在該輸入端與該附加輸出端之間的附加信號路徑中的第二探針放大器。
8. 如權利要求7所述的探針，其中第一探針放大器具有第一增益和第一帶寬，并且第 二探針放大器具有比第一增益低的第二增益和比第一帶寬寬的第二帶寬。
9. 如權利要求7所述的探針，其中第一和第二探針放大器被配置成放大與通過DUT的 電流相對應的電壓。
10. -種測量系統(tǒng)，包含： 測量儀器，其包含具有相應的上下過載保護閾值的過載保護電路；以及 測量探針，其包含配置成從受測設備（DUT)接收輸入信號的輸入端；配置成向測量儀 器發(fā)送輸出信號的輸出端；以及鉗位電路，其布置在該輸入端與該輸出端之間的信號路徑 中和配置成將內部探針信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間以產生輸出信號，其中該 上過載保護閾值大于或等于該上鉗位閾值，以及該下過載保護閾值小于或等于該下鉗位閾 值。
11. 如權利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中該鉗位電路在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間 的整個范圍內以基本增益和振幅線性工作。
12. 如權利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中上鉗位閾值對應于正電壓電平，下鉗位閾值 對應于負電壓電平。
13. 如權利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中該測量儀器是示波器，并且該測量探針是示 波器探針。
14. 如權利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中該測量儀器包含配置成從該測量探針接收各 自第一和第二輸入信號的第一和第二通道，其中該第一通道通過信號路徑接收輸入信號， 以及該第二通道通過該測量探針的附加信號路徑接收輸入信號。
15. 如權利要求14所述的測量系統(tǒng)，其中該測量儀器進一步包含布置在該輸入端與該 輸出端之間的信號路徑中并設置在該輸入端與該鉗位電路之間的第一探針放大器；以及布 置在該輸入端與該附加輸出端之間的附加信號路徑中的第二探針放大器， 其中第一探針放大器具有第一增益和第一帶寬，并且第二探針放大器具有比第一增益 低的第二增益和比第一帶寬寬的第二帶寬。
16. 如權利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中該過載保護電路被配置成防止該測量儀器的 輸入放大器的過載。
17. -種操作測量探針的方法，包含： 從受測設備（DUT)接收輸入信號； 處理輸入信號以產生輸出信號；以及 向測量信號發(fā)送輸出信號， 其中處理輸入信號包含通過操作鉗位電路將輸入信號鉗位在上鉗位閾值與下鉗位閾 值之間以產生輸出信號，該鉗位電路在上鉗位閾值與下鉗位閾值之間的整個范圍內具有基 本增益和振幅線性。
18. 如權利要求17所述的方法，其中處理輸入信號以產生輸出信號進一步包含通過第 一通道發(fā)送輸入信號，該第一通道包含鉗位電路，并進一步包含配置成放大輸入信號的第 一探針放大器，以及該方法進一步包含通過第二通道發(fā)送輸入信號，該第二通道包含具有 比第一探針放大器低的增益和比第一探針放大器寬的帶寬的第二探針放大器。
19. 如權利要求17所述的方法，其中該鉗位包含： 將輸入信號反相并位移輸入信號的直流（DC)偏置； 鉗位反相和位移的輸入信號的負部分以產生第一中間信號； 將第一中間信號反相并位移反相的第一中間信號的DC偏置以產生第二中間信號； 將第二中間信號反相并位移反相的第二中間信號的DC偏置； 鉗位反相和位移的第二中間信號的正部分以產生第三中間信號；以及 將第三中間信號反相并位移反相的第三中間信號的DC偏置。
20. 如權利要求17所述的方法，進一步包含有選擇地禁用輸入信號的鉗位。
【文檔編號】G01R1/067GK104122419SQ201410106370
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2013年4月24日
【發(fā)明者】E.V.布魯什四世, M.T.麥克蒂格, K.W.約翰遜 申請人:安捷倫科技有限公司