用于极低频的功率测量的具有两个检测器元件的功率计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及DC电压的功率计的频率范围的扩展，以分别测量高频或微波信号的 功率。
【背景技术】
[0002] 在功率计内，例如使用功率检测器。来源于施加的交变信号的测量值（测量信号） 从由吸收引起的热或通过对信号电压进行平方并随后对其平均来获得。通常来说，测量信 号为电压或电流；然而，原理上，它还可以为任何其它的物理参数。
[0003] 在基于二极管的功率传感器的情况下，信号电压的平方基于二极管的非线性特性 来实现，例如参见公开的专利申请DE199 13 338A1，在低电平的情况下，这提供了输出电 压对输入功率的线性相关。一方面，检测器元件应当包括好的动态行为，其通过相对小的时 间常数τ来实现。在该情况下，时间常数为二极管的零点电阻R0和检测器元件的充电电 容器的电容C的乘积。另一方面，该检测器元件应当提供低的下截止频率，以检测甚至非常 低频的输入信号。该截止频率还由零点电阻R0与充电电容器的电容形成。由于这一联系， 小的时间常数τ实现了高的截止频率，反之亦然。例如，对于在10纳秒至1微秒之间的时 间常数τ，检测器元件的截止频率设置在10兆赫至500兆赫。利用低于截止频率的频率， 发生渐增地负测量偏差，或者，分别在其校正的情况下，灵敏度损失在DC电压的情况下为 100%。因此检测器元件具有高通行为，这使得不可能检测低频信号的电功率。
[0004] 为了进行信号的功率测量，如在EMV应用的情况下所频繁需要的，该信号具有从9 千赫兹起的频率，在从500微秒起的范围内的非常大的时间常数τ必须加以考虑。利用这 种大的时间常数τ，由于300赫兹的非常低的视频带宽而不能测量包络功率的时间变化。 在测量平均功率值的情况下，在相对大的功率变化或测量路径的过度驱动之后，必须等待 相对长的等待时间。这不利地导致了测量时间的延长。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明的目的是提供一种功率计，一方面，该功率计实现了非常好的动态性 能，从而可以对剧烈或分别迅速地改变输入信号的包络功率做出反应，而无需测量时间的 长时间的延长，另一方面，实现了低的下截止频率，以检测低频信号的功率。
[0006] 该目的是通过根据权利要求1的功率计来实现的。在从属于权利要求1的权利要 求中描述了有利的实施方式。此外，该目的通过根据权利要求15的功率计来实现。
[0007] 根据本发明，提供了一种具有多路径检测器（尤其是双路径检测器）的功率计，该 功率计包括至少两个检测器元件。每一个检测器元件可以生成输出电压。为了计算交变电 输入信号的电功率，检测器元件的输出电压的总和与差值在功率计中彼此分开地形成。检 测器元件的输出电压的共模分量通过形成总和来检测；差模分量通过形成差来检测。在该 情况下，差模分量基本上在高于检测器元件的截止频率的频率下来检测，而共模分量基本 上在低于截止频率的频率（低至DC输入信号）下来检测。
[0008] 例如，具有格雷茨电路（Graetzcircuit)或交变桥式整流器或在多路径检测器的 情况下的检测器元件的其它配置没有被排除在本发明的构想之外。
[0009] 因此，本发明实现的目的在于，在以高通方式确定的低截止频率的情况下检测器 元件提供有小的电气时间常数，测量偏差通过时间上并行运行的共模分量的交变电压测量 来补偿。在该情况下，根据本发明利用了高频检测器元件的具体特性。该特性事实上包括： 在功率检测器的输出信号上叠加的共模分量的大小恰好使得其功率精确地对应于检测器 元件的测量结果中的功率不足。
[0010] 功率检测器的输出信号包含由低通滤波器抑制的频率分量。去除了这些分量的输 出信号对应于包络功率，该包络功率是在高频信号的一个周期上的功率。包络功率与信号 电压的包络的平方成比例。
[0011] 根据本发明的基本的测量原理独立于施加到功率计的信号频率的电平来应用，也 就是，也应用在低于或高于检测器的截止频率的任意距离处。因此实现了从低频测量过程 到高频测量过程的浮动转换（floatingtransition)。
[0012] 对于大频率（相较于截止频率），充电电容器中的电压是反相的。在该情况下，差 模分量为用于输入端的功率的测量。
[0013] 对于低频率（相较于截止频率），在两个充电电容器中，输入电压设置有同相。共 模分量为用于功率的测量。
[0014] 在截止频率的范围内的频率下，共模分量和差模分量均与输入端的功率相关。
[0015] 待校正的功率不足可以以通过将输出信号中的共模分量进行平方的简单的方式 获得。为此，输出信号在各个充电电容器处拾取。由于电容器在相对高频下的可忽略的阻 抗，因而校正仅仅在相对低频下是必须的，从而未预期到对噪声、低功率测量阈值和精确度 的限制。
[0016] 为了计算来自交变电输入信号的电功率，提供了数字计算单元。优选地，该数字计 算单元包括结合单元，其中该结合单元将共模分量和差模分量组合，以获得电功率。该组合 允许补偿低频下在功率检测器中发生的误差。
[0017] 优选地，该数字计算单元包括平方单元，其中该平方单元连接在结合单元的上游。 通过该平方单元的平方独立于通过检测器元件的交变信号的平方。功率分量中的共模分量 在平方单元中被转换，并在与功率成比例的差模分量组合的情况下，由于检测器元件而发 生的功率不足得以补偿。
[0018] 在优选的实施方式中，所述数字计算单元包括功率值单元。所述功率值单元连接 在所述结合单元的上游。利用功率值单元，功率与在检测器元件的输出端检测为电压的测 量信号之间的比例以数字校正的方式联系。
[0019] 优选地，所述数字计算单元包括积分器，其中所述积分器连接在所述结合单元的 下游。平均值可以通过对积分器上游存在的包络功率进行积分来形成。重要的平均值为在 足够长的周期内形成的浮动平均值，并且这被指定为平均功率值。积分器单元还具有从共 模分量的瞬时功率确定这一分量的包络功率的任务。
[0020] 为了从测量信号确定信号功率的绝对电平，通常需要比例因子。在理想的情况下， 该因子独立于交变信号的频率和环境温度。优选地，比例单元因此连接在积分器的下游。
[0021] 在一个优选的实施方式中，共模分量经由第一信号路径传输至结合单元。此外，差 模分量经由不同于第一信号路径的第二信号路径传输至结合单元。从而，通过模拟电路布 置形成总和与差值发生在数字化的上游，使得数字计算单元中的计算量显著地减小，特别 是，可以避免通过模数转换器的高频采样。从而降低了对数字计算单元的要求。
[0022] 优选地，所述数字计算单元包括第一模数转换器，所述第一模数转换器将经由所 述第一信号路径传输的共模分量数字化。此外，所述数字计算单元包括第二模数转换器，所 述第二模数转换器将经由所述第二信号路径传输的差模分量数字化。将共模分量和差模分 量分开数字化允许两个值在数字计算单元中的简单组合。
[0023] 在优选的实施方式中，在第二信号路径中布置有差分放大器，所述差分放大器将 差模分量作为输出电压进行传输。此外，在第一信号路径中布置有差分放大器，差分放大器 将共模分量作为输出电压进行传输。特别是，差分放大器由运算放大器形成，使得该总和与 差值可以以非常简单的方式确定。
[0024] 在第一信号路径和第二信号路径中，放大器有利地被引入到检测器元件与数字计 算单元之间，以将功率检测器与计算单元解耦合。
[0025] 在可替选的实施方式中，数字计算单元包括第一模数转换器和第二模数转换器， 其中，共模分量通过第一模数转换器的输出信号和第二模数转换器的输出信号的相加而生 成。因此，共模分量的形成通过简单的数字运算发生在数字平面上。
[0026] 在另一个优选的实施方式中，差模分量通过第一模数转换