可用于信号采集探针的模式选择放大器电路的制作方法

专利名称：可用于信号采集探针的模式选择放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及放大器电路，尤其涉及用在信号采集探针
中的模式选择放大器电路。
背景技术：
信号采集探针从被测装置采集各种类型的电信号。通常， 可把电信号分为单端信号和差分信号。把单端信号承载在具有关联参 考、通常为电接地的信号导体上。把差分信号承载在信号导体对上， 差分信号具有两个电信号分量。单端和差分电压信号采集探针被制造来测量相应的单端 和差分信号。电压单端信号采集探针具有用于接触承载单端信号的被 测装置上的测试点的^l笨测尖。接地触头或引线从信号采集4笨针伸出， 用于连接到与单端信号相关联的接地参考。对于单端有源电压探针， 把探针尖经衰减电路电耦合到緩冲放大器。緩冲放大器将信号从通过 探针电缆的加负载隔离，并提供受控的阻抗输出。緩冲放大器的输出 耦合至通常具有50欧姆阻抗特性的探针信号电缆。该电缆的另一端经 探针控制盒耦合至测量测试仪器、比如示波器等，用于在示波器的显 示装置上显示信号表示。差分电压信号采集探针具有双探测尖，用于接触承载差分 信号的被测装置的测试点。双探测尖经双衰减电路耦合至差分放大器 的输入。差分放大器产生与该差分信号成比例的输出。差分放大器的 输出耦合至通常具有50欧姆特性阻抗的4笨针信号电缆。该电缆的另一 端经探针控制盒被耦合至测量测试仪器、比如示波器等，用于在示波 器的显示装置上显示该差分信号的信号分量的差值表示。
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差分信号具有利用两个单端电压信号采集探针测量的共 模分量。单端电压信号采集探针中之一的探针尖被耦合至差分信号的 信号分量之一，且另一单端电压信号采集探针的探针尖被耦合至差分 信号的另一信号分量。各个信号采集探针被耦合至示波器的分离信号 输入通道，示波器将信号分量求和并将求和结果除以2以产生共才莫信 号结果。共模信号结果显示在示波器的显示装置上。使用两个单端信号采集探针测量差分信号的共模电压有 许多缺点。在探针之间增益或延迟的不匹配可能导致共模测量错误。 为了减少这些延迟，探针必须是抗扭斜的(deskewed),以使来自一 个探针的信号与另 一个对准。这要求在测量测试仪器内使用抗扭斜固 件和算法，用于对准来自抗扭斜固件的信号。仪器中未被从信号通道 校准的任何内部延迟将影响共模测量。需要的是在允许各种测量模式的信号采集探针内部的放 大器电路。该放大器电路应该能接收与参考源、比如电接地参考的电 压信号和差分电压信号，并且产生包括差分和共模信号输出以及与参 考源参考的电压信号的各种信号输出模式。本放大器电路应该可用于 可配置为单端和差分信号采集探针的信号采集探针内。

发明内容
上迷需要由具有多重差分信号输出模式的模式选择放大 器电路满足。本模式选择放大器电路具有耦合到输入信号A、 B和C的 多级差分放大器电路。各个差分放大器电路可有选择地操作用于产生 代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自信号 输入的代数组合A-C、 B-C、 A-B和(A+B) /2-C之一。优选地，本模式选择放大器电路包括具有耦合到至少第一 电流源的输入和多重输出的开关电路，各个输出耦合至差分》欠大器电 路之一。开关电路有选择地将电流源耦合至各个差分》文大器电^各，用 于独立于其它差分放大器电路地操作多级差分放大器电路的每个差分放大器电路。在本优选实施例中，开关电路是具有第一和第二开关 元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至恒流源并具有多重输出。各个 输出耦合至多级差分放大器之一。开关电路可以用多路输出选择器电 路实现。模式选择放大器电路也可以用耦合来接收代表各种输出
模式的差分放大器电路的信号输出的求和电路来实现。求和电路产生 代表差分放大器电路所选输出模式的总信号输出。输出放大器接收差分放大器电路中每个差分放大器电路
的信号输出或求和电路的总信号输出，并产生代表差分放大器电路所 选输出模式的输出信号。输出放大器可以产生等于和代表差分放大器 电路所选输出模式的差分或者单端输出信号。在另一实施例中，模式选择放大器电路的多级差分放大器 电路同时工作以产生信号输出，各个差分放大器电路产生选自信号输 入的代数组合A-C、 B-C、 A-B和(A+B) /2-C中之一的输出模式。多级 差分放大器电路的信号输出耦合到有选择地传递差分放大器中每个 差分放大器电路的信号输出的开关电路。开关电路的所选信号输出耦 合到输出放大器，用于产生代表差分放大器电路所选输出模式的输出 信号。优选实施例的模式选择放大器电路包括模式开关，该模式 开关具有耦合来接收输入信号A、 B和C中至少两个的多级差分力文大器。 各个差分放大器电路产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器 电路的输出模式选自信号输入的代数组合A-C、 B-C、 A-B和(A+B)/2-C 之一。经开关电^4巴各个差分放大器电路有选择地耦合到至少第一恒 流源。各个输出耦合到多级差分放大器电路之一。耦合第一和第二电 平转换器以便从模式开关接收信号输出并产生电平转换信号输出。输 出放大器接收电平转换信号输出并产生等于和代表差分放大器电路 的所选差分放大器电路输出模式的输出信号。输出放大器可产生等于 和代表差分放大器电路的所选输出;f莫式的差分或单端输出信号。
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模式选择放大器电路可以合并到具有经探针电缆耦合至 探针控制盒的探头的信号釆集探针。探头具有用于接收信号输入A、 B 和C的探测触头。把信号输入耦合至模式选择放大器电路，产生代表 选自信号输入的代数组合A-C、 B-C、 A-B和(A+B) /2-C之一的各种输 出模式的信号输出。来自模式选择放大器电路的信号输出耦合至第一 和第二电平转换器，用于产生电平转换信号输出。电平转换信号输出 耦合至产生差分输出信号的差分输出放大器。差分输出放大器可以配 置为单端输出放大器，单端输出信号等于和代表选自信号输入的代数 组合A-C、 B-C、 A-B和(A+B) /2-C之一的各种输出模式。探针控制盒 经具有一个或以上同轴电缆信号线、通信线和电压线的揮^十电缆接收 差分或者单端输出信号。探针控制盒具有探针电路和控制器，控制器 耦合至探针电路和探头。控制器经通信线提供控制信号给探针电路和 探头，用于有选择地操作模式选择放大器电路的差分放大器电路中的 每个差分放大器电路。探针控制盒也经探针电缆电压线把电压功率耦 合到探头。从以下与随附的权利要求书和附图一起阅读的详细描述， 本发明的目的、优点和新颖特征就清楚了 。


图l是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路 的第一实施例。图2是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路 的又一实施例。图3是用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路 的第三实施例。图4是图解进入和离开模式选择放大器电路的信号的示例 的表。图5是在用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电路的差分信号才莫式开关中的线^各的示意表示。图6是用于与模式选择放大器电路一起使用的信号采集探 针的透一见图。图7A和7B是带模式选择放大器电路的信号采集探针的示 意框图。图8是带模式选择放大器电路的信号采集探针的备选探头 配置的示意框图。
具体实施例方式参考图1 ，示出了用于产生多重信号输出模式的模式选择 放大器电路10的第一实施例。模式选择放大器电路10具有接收电压或 电流输入信号A、 B、和C的输入A、 B、和C。输入信号可以是单端的， 由输入信号A和C或者输入信号B和C表示，或者是差分的，由输入信号 A和B表示，差分信号具有共模分量(common-mode component)。 输 入信号A、和C通过缓冲电路12、 14,和16耦合到差分》丈大器18、 20、 22和24的各个输入。各个差分放大器18、 20、 22和24被耦合至恒流源 26、 28、 30和32。备选地，差分放大器18、 20、 22和24可以耦合至有 多重电流输出的单个电流源。差分放大器18、 20、 22和24中每个差分 放大器的差分输出被耦合至开关电路34。开关电路34接收输入，用于 有选择地把各个差分放大器18、 20、 22和24中每个差分放大器的差分 输出耦合到输出放大器36。输出放大器36产生输出，该输出被耦合至 附加电子线路、比如示波器的输入信号通道线路。可把开关电路34实现为多路复用器，多路复用器接收串行 数据命令或逻辑信号，用于有选择地把差分放大器18、 20、 22和24中 每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。备选地，开关电路 34可以用电子继电器来配置，电子继电器有选择地把差分放大器18、 20、 22和24中每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。开关 电3各34也可以用统调积4成开关(ganged mechanical switch)来配置，手动转换统调机械开关以便有选择地把差分放大器18、 20、 22和24中 每个差分放大器的差分输出耦合至输出放大器36。如果没有脱离随附 权利要求中所阐明的本发明的范围，可以把其他的开关配置用于模式 选择放大器电路IO。耦合各个差分放大器18、 20、 22和24以便接收输入信号A、 B和C中的至少两个。把具有输入信号A和B的差分信号耦合至差分放大 器18和20的输入。也耦合差分放大器18以便接收信号输入C，在这里C 可以是信号，但通常是电压、比如信号地。差分放大器224矣收信号输 入A和C,在这里信号C与输入信号A关联。差分放大器24接收信号输入 B和C,在这里信号C与输入信号B关联。输入信号A和B可以与差分信号 关联，或者可以是与输入信号C关联的单端电压信号，在这里输入信 号C是信号地。把差分放大器18配置为差分放大器对，输入信号C耦合至 各个差分放大器的输入之一，且差分输入信号A和B耦合至各个相应的 差分放大器的另一输入。把各个差分放大器的正输出耦合在一起并把 各个差分放大器的负输出耦合在一起，以便各个差分放大器具有O. 5 的增益。差分放大器18因而产生的信号输出是代表输出模式等于
(A+B) /2-C的差分信号。把差分输入信号A和B耦合至差分放大器2Q相应的差分输 入。差分放大器20运行，以便用差分放大器20因而产生的信号输出来 取输入信号A和B之间的差值作为代表输出模式等于(A-B)的差分信 号。差分放大器22接收单端输入信号A和与输入信号A关联的输入信号 C。差分放大器22运行，以便用差分放大器22因而产生的信号输出来 取单端输入信号A和输入信号C之间的差值作为代表输出模式等于
(A-C)的差分信号。差分放大器24接收单端输入信号B和与输入信号 B关联的输入信号C。差分放大器24运行，以便用差分放大器24因而产 生的信号输出来取单端输入信号B和输入信号C之间的差值作为代表 输出模式等于(B-C)的差分信号。
把差分放大器18、 20、 22和24中每个差分放大器的输出模 式耦合至开关电路34。当开关电路是多路复用器或电子继电器时响应 信号命令或逻辑信号，或手动转换统调机械开关，开关电路34有选择 地把差分放大器18、 20、 22和24的输出模式之一耦合至输出放大器36。 输出放大器36将差分信号输出转换为单端输出信号。信号终端的输出 信号代表输出模式(A+B ) /2-C、 ( A-B ) 、 ( A-C )和(B-C )之一。图2图解用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电 路10的另一实施例。与前一附图相似的元件在图2中标注成一样。把 输入信号A、 B和C耦合至如前所述的差分放大器的各个输入。差分放 大器18、 20、 22和24中每个差分放大器的作用与先前所述相同，差分 放大器18的信号输出代表等于(A+B) /2-C的输出才莫式，差分放大器 20的信号输出代表等于(A-B)的输出模式，差分放大器22的信号输出 代表等于(A-C)的输出模式，差分放大器24的信号输出代表等于(B-C ) 的输出模式。把各个差分放大器18、 20、 22和24经开关电路42有选择 地耦合至恒流源40。开关电路34优选为多路输出选择器，该多路输出 选择器接收逻辑电平或者串行数据指令信号，用于有选择地把电流源 40耦合至差分放大器18、 20、 22和24中每个差分放大器。备选地，开 关电路34可以用电子继电器来配置，电子继电器有选择地把恒流源耦 合到差分放大器18、 20、 22和24中每个差分放大器。开关电路34也可 以用统调机械开关来配置，手动转换统调机械开关以便有选择地把恒 流源耦合至差分放大器18、 20、 22和24中每个差分》文大器。开关电路 42有选择地把恒流源40耦合至差分^:大器18、 20、 22和24中每个差分 放大器，使所选择的差分放大器工作同时保持其他差分放大器不工 作。把正在工作的差分》i:大器的输出耦合至将该信号输出与其他差分 放大器的信号输出求和的求和电路44。由于其他差分放大器不工作且 不产生信号输出，正在工作的差分放大器的信号输出与其他差分放大 器的零输出求和。求和电路44的总信号输出被耦合至输出放大器36的 输入。
图3图解用于产生多重信号输出模式的模式选择放大器电 路10的再一实施例。与前面附图相似的元件在图3中标注成一样。优 选地在专用集成电路(application specific integrated circuit: ASIC)中实现模式选择放大器电路IO,在这里把ASIC安装在基板上且 通过形成在基板上的接触焊点(pad)耦合至其他电路元件。把输入 信号A、 B和C经接触焊点50、 52和54耦合到模式选择放大器电路10。 把输入信号A、 B和C经緩沖电路12、 14和16耦合到;f莫式开关56。模式 开关56包括差分放大器18、 20、 22和24。模式开关56经开关电路42从 恒流源40接收电流信号。开关电路42所起作用如先前所述，有选择地 将恒流源耦合至模式开关56中的差分放大器18、 20、 22和24之一。然 而在图2的实施例中，把差分放大器18、 20、 22和24的信号输出耦合 至求和电路44，在ASIC中把差分放大器18、 20、 22和24的信号输出耦 合在一起，结果是模式开关56具有的单差分输出，该差分输出为差分 放大器18、 20、 22和24的输出模式((A+B) /2-C) 、 (A-B) 、 ( A-C) 和(B-C)中之一。把模式开关56的差分输出通过信号平整放大器
(signal levelling buffer amplifier) 58和60耦合并应用到差分 输出放大器62的差分输入。来自差分放大器62的差分输出信号可以耦 合至测量测试仪器、比如示波器的输入信号通道线路。差分输出放大 器62也可被配置来产生单端输出信号。在这种配置中，差分输出;^文大 器62具有2的增益，这使放大器62的负差分输出通过终端电阻器64接 地，同时仍提供具有正确输出信号模式((A+B)/2-C) 、 (A-B)、 (A-C) 和(B-C)的输出信号。设置终端电阻器64的值以便与输入信号通道线 路的输入终端一致。参考图4，示出了说明进入和离开图3的模式选择放大器电 路10的信号的示例的表。为了说明，输入信号A具有12mV的电压，输 入信号B具有7mV的电压，输入信号C具有2mV的电压。把用于电流开关
42的开关逻辑示出在开关逻辑列中，在这里给电流开关42的0， 0逻辑 输入使以如模式列中所示的模式(A-B)工作的差分^:大器20工作。
14给电流开关42的1， O逻辑输入使以模式(A-C)工作的差分放大器22工 作。给电流开关42的0， l逻辑输入使以模式(B-C)工作的差分i欠大器 24工作。给电流开关42的1，1逻辑输入使以;溪式((A+B) /2-C)工作的 差分放大器18工作。对于差分放大器20，在模式开关56的输出S+和S-的差分输出信号是5mv，源于12mV的输入信号A减去7mV的输入信号B。 对于差分放大器22,在输出S+和S-的差分输出信号是10mV，源于12mV 的输入信号A减去2mV的输入信号C。对于差分放大器24,在输出S+和 S-的差分输出信号是5mV，源于7mV的输入信号B减去2mV的输入信号C。 对于差分放大器18,在输出端S+和S-的差分输出信号是7. 5mV，源于 12mV的输入信号A和7mV的输入信号B的和除以2再减去2mV的输入信号 C。模式开关56的各种差分输出被信号电平緩沖^:大器58和60进行电 平转换，使得到放大器62的差分输入在模式(A-B)是+2. 5mV和-2. 5mV, 在模式(A-C)是+5mV和-5mV，在模式(B-C )是+2. 5mV和-2. 5mn，在 模式((A+B) /2-C)是+3. 75mV和-3， 75mV。如前所述，如果差分放 大器62具有2的增益，该放大器负输出通过终端电阻器64接地，则输 出放大器62可以是单端的。用于各种输出信号模式的差分信号的正输 出乘以放大器62的增益，产生与来自各个差分放大器18、 20、 22和24 的差分输出匹配的输出信号。参考图5，示出了模式开关56中线路的示意表示。与先前 的附图相似的元件在图5中标注成一样。输入信号A、 B和C通过緩冲电 路12、 14,和16耦合到差分晶体管对的各个基极输入。驱动差分晶体 管对的源电流由耦合至开关矩阵74的第一和第二恒流源70和72提供。 开关矩阵74具有双开关元件76和78,每个恒流源70和72耦合至开关元 件76和78之一。每个开关元件76和78具有用于把恒流源70和72耦合至 差分晶体管对的多重输出，对于开关元件76分别标注为1、 2、 3和4而 对于开关元件78则为1、 2、 3和5。控制信号经信号输入线80耦合至开 关矩阵74。控制信号是如参考图4所述的逻辑电平，使开关元件76和 78有选择地将恒流源耦合至各个差分晶体管对。差分晶体管对的正集电极输出"+"在正输出晶体管82的发射极之前被耦合在一起。同样， 差分晶体管对的负集电极输出"-"在负输出晶体管84的发射极之前被 耦合在一起。用于差分放大器20的差分晶体管对86和88使它们的发射 极经过匹配阻值电阻器90和92耦合至恒流源70和72。选择电阻器值以 便在晶体管对86和88的输出产生1的增益。耦合晶体管86的基极以便 接收差分输入信号的输入信号A,耦合晶体管88的基极以便接收差分 输入信号的输入信号B。由于把差分晶体管对耦合至恒流源70和72， 在A和B信号分量之间的电压差将引起流入一个晶体管的电流比另一 个多。结果是在输出晶体管82和84的集电极上的差分输出信号，即输 入信号A和输入信号B之间的差值。用于差分放大器22的差分晶体管对94和96使它们的发射 极通过匹配阻值电阻器98和100耦合至恒流源。由于采用差分晶体管 对86和88,选择电阻器值以在差分晶体管对94和96的输出产生1的增 益。耦合晶体管94的基极以便接收单端电压信号的输入信号A，耦合 晶体管96的基极以便接收是与输入信号A相关联的参考信号、通常是 电接地的输入信号C。把差分晶体管对94和96耦合至恒流源70和72， 如果输入信号A不与输入信号C处于相同电平则导致更多电流流入晶 体管94。结果是在输出晶体管82和84的集电极上的差分信号输出，即 输入信号A和输入信号C之间的差值。用于差分放大器24的差分晶体管对102和104使它们的发 射极通过匹配阻值电阻器106和108耦合至恒流源70和72。差分晶体管 对102和104具有与先前所述的差分晶体管对86、 88和94、 96相同的增 益，并且除了下述以外以与差分晶体管对94和96本质相同的方式工 作耦合晶体管104的基极以便接收单端电压信号的输入信号B,耦合 晶体管104的基极以便接收是与输入信号B相关联的参考信号、通常是 电接地的输入信号C。差分晶体管对102和104工作的结果是在输出晶 体管82和84的集电极上的差分输出信号，即输入信号B和输入信号C之间的差值。如前所述，把差分放大器18配置为差分放大器110和112 对，输入信号C被耦合至各个差分放大器的输入之一，且差分输入信 号A和B被耦合至各个相应的差分放大器110和112的另一个输入。差分 放大器110和112的电路拓朴结构相同，差分放大器110的差分晶体管 对114和116的发射极和差分放大器112的差分晶体管对118和120的发 射极耦合至匹配阻值电阻器122、 124、 126和128。用于这些电阻器中 每一个的电阻器值是另一个差分晶体管对的电阻器值的两倍，对于差 分晶体管对114、 116和118、 120导致0. 5的增益。差分晶体管对114和 116的电阻器122和124之间的联结点经开关矩阵74的开关元件78耦合 至电流源70。在差分晶体管对118和120的电阻器126和128之间的联结 点经开关矩阵74的开关元件78耦合至电流源72。耦合差分晶体管对 114、 116和118、 120的晶体管116和118的基极以便接收输入信号C。 输入信号C可以是信号地或者某些由可变电压源提供的电压电平。耦 合差分晶体管对114、 116的晶体管114的基极以便接收差分信号的输 入信号A，耦合晶体管120的基极以便接收差分信号的输入信号B。
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差分晶体管对114和116工作的结果是从输出晶体管114和 116的集电极输出的差分输出信号，即输入信号A和输入信号C之间的 差值。差分晶体管对114和116工作的结果是从输出晶体管120和118的 集电极输出的差分输出信号，即输入信号B和输入信号C之间的差值。 把从晶体管116和118的集电极输出的输出、以及从晶体管114和120的 集电极输出的输出加在一起。组合晶体管对114、 116和118、 120的结 果是输出晶体管82和84的集电极上的差分输出信号，即具有如其它差 分晶体管对86和88、 94和96、 102和104—样的增益的一半的输入信号 A和B的和减去输入信号C。参考图6，示出了可使用模式选择放大器电路10的信号采 集探针200的透视图。把信号采集探针200耦合至测量测试仪器202, 比如示波器、逻辑分析器等。信号采集探针200具有探针触头204，用
17于电接触被测装置210上的电路迹线(trace) 206或者接触点208。探 针触头被安装在附连到探测尖组件214的柔性基板212上。把探测尖组 件214内部的电路电耦合至同轴信号电缆216。同轴信号电缆216中每 个具有由外部屏蔽导体包围的中心信号导体。同轴信号电缆216终止 于探头218，其中布置了模式选择放大器电路10和关联线路。把探头 经探针电缆222耦合至探针控制盒220。优选地，探针电缆222至少包 括具有中心信号导体和外部屏蔽导体的第一同轴信号电缆、通信线和 电压功率线。控制盒220具有带板上存储器或者分离存储器的控制器， 以及探针线路。把控制盒220经被耦合到测量测试仪器202内部的输入 信号通道线路的多路仪器接口 224之一，耦合至测量测试仪器202。优 选地，测量测试仪器202具有其上显示来自被测装置的输入信号的显 示装置226。测量测试仪器202包括用于控制仪器设置的前部面板控制 228,比如可旋旋钮、按钮等。备选地，可在显示装置226上以图形方 式产生和显示前部面板控制，并且可由使用者控制。每个仪器接口224 至少具有第 一 同轴信号连接器和电压功率以及通信总线触头。参考图7A以及7B，示出了信号采集探针200的示意框图。与 前一附图相似的元件在图7A和7B中标注成一样。探测触头204是/人阻 尼阻抗电阻器240伸出的引线。探测触头204获取信号输入A、 B，和C。 把从电阻器240另 一端伸出的引线连接至柔性基板212,并且电耦合到 柔性基板212上的电路迹线。把用于耦合至输入信号A和B的电路迹线 中的两条耦合至布置在探测尖组件214中的阻容分压网络246和248的 第一部分242、 244。把阻容分压网络246和248的第二部分250、 252布 置在探头218中，并且经同轴信号电缆216电耦合至第 一阻容分压网络 部分242、 244。把用于耦合输入信号C的另一电路迹线经同轴信号电 缆216的外部屏蔽导体耦合至电接地。把电路迹线254设置在耦合至同 轴信号电缆216的外部屏蔽导体的探头218中。把阻容分压网络246和248的第一和第二部分242、 250和 242、 2 5 2之间的连接点以及接地的电路迹线254分别耦合至才莫式选择放大器电路10的緩冲电路12、 14和16。把緩冲电路12、 14和16的输出 耦合至模式开关56相应的A、 B和C信号输入。把模式开关56的差分信 号输出S+和S-分别耦合至信号电平緩冲放大器58和60。把緩沖放大器 58和60的输出耦合至输出差分放大器62的差分输入。把输出差分放大 器62的正差分输出耦合至同轴信号电缆256的中心信号导体。把同轴 信号电缆256的中心信号导体耦合至如图7B所示的探针控制盒220中 的探针线路258。〗笨针线路258可以包括由控制器260控制的增益开关 电路、衰减电路、探针偏移量电路等。控制器260经耦合至仪器接口 224的串行通信总线262与测量测试仪器202通信。通信总线262允许由 控制器260向测量测试仪器202提出请求，并允许把命令信号从测量测 试仪器202传送到控制器260。通信总线262还允许存储在存储器264中 的探针数据向测量测试仪器202的传输。探针控制盒220也经仪器接口 224从测量测试仪器202接收电压功率。把电压功率经探4十电缆222中 的电压线266提供给探针线路258、控制器260、存储器262以及在探头 218中的模式选择放大器电路10。控制器260经布置在探针电缆222中 的通信线268与模式选择放大器电路10通信。通信线268可以是两线串 行通信线、比如12(:总线等，或者是给电流开关42或者开关矩阵74提供 逻辑电平的两条逻辑线。如前所述，电流开关42响应从通信线268上 的控制器所提供的逻辑电平，有选择地把电流源4O或者电流源7 0和72 耦合到差分放大器18、 20、 22和24。代表输出模式A-C、 B-C、 A-B和(A+B ) /2-C的各种信号输 出表示式的选择可以多种方式实施。例如，可把为每个输出模式分配 的按钮安装在探针控制盒220上。把按钮耦合到在启动时向在开关控 制盒2 2 0中的控制器2 6 O提供请求的接触开关。控制器2 6 0解释各个请 求，并且把适当的逻辑电平或逻辑命令耦合至电流开关42、 74用于开 启与按下的按钮对应的差分放大器18、 20、 22和24。备选地，测量测 试仪器202可具有显示在装置226上、显示各种输出模式的使用者4妄 口。如果显示装置226是触摸屏装置，那么使用者通过使用前部面^反
19控制228或者触动显示装置226选择输出模式之一。测量测试仪器202 中的控制器解释该选择，并产生命令指令，所述命令指令经串行通讯 总线262耦合至探针控制盒220中的控制器260。控制器260解释这些命 令指令，并产生耦合至电流开关42、 74的适当的逻辑电平或逻辑电平 命令，用于开启对应于使用者所选择的输出模式的差分放大器18、 20、 2沐24。参考图8，示出了具有模式选择放大器电路10的信号采集 探针200的备选探头配置的示意框图。与前一附图相似的元件在图8中 标注成一样。图8中信号采集4笨针200的总体拓朴结构和操作，除与获 得输入信号C相关联的线路以外，类似于图7A和7B中的探针。不是把 为获得输入信号C而指定的探针尖204耦合到如图7A的接地，现把该探 针尖耦合至阻容分压网络2 7 0 。阻容分压网络2 7 O具有与阻容分压网络 246和248相同的拓朴结构，因为分压网络270具有耦合至输入信号C输 入的导电迹线的第一部分272。把阻容分压网络270的第二部分274布 置在探头218中，并经其它同轴信号导体216耦合至第一部分272。把 阻容分压网络270的第一和第二部分272和274的连接点耦合至模式选 择放大器电路10的緩冲电路16。图8的信号采集探针200能接收输入信 号C上的参考电位。输入信号C参考电位可以是要求不接地的输入信号 C的使用者要求或者信号标准要求。如上所述，可把来自差分放大器62的差分输出信号耦合至 测量测试仪器202。在这样的配置中，探针电缆222具有第一和第二同 轴信号电缆，同轴信号电缆的中心信号导体分别耦合至差分方文大器62 的正负输出。改进测量测试仪器2 02的各个仪器接口 2 2 4和控制盒2 2 0 以便接受差分放大器6 2的正负输出。该改进可以采取至各个仪器接口 224和控制盒220的第一和第二同轴信号连接器的形式。
的许多变化，对于本领域的技术人员是显而易见。因此，本发明的范 围将仅由所附权利要求书确定。
权利要求
1. 一种具有多重输出模式的模式选择放大器电路，包括耦合来接收信号输入A、B和C中至少两个的多级差分放大器电路，各个差分放大器电路可有选择地操作，用于产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自所述信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。
2. 如权利要求l所述的模式选择放大器电路，还包括用于有选择 地、独立于其它差分放大器电路地操作所述多级差分放大器电路中每 个差分放大器电路的装置。
3. 如权利要求2所述的模式选择放大器电路，其中，所述有选择 地操作的装置还包括开关电路，所述开关电路具有耦合到至少第 一电 流源的输入和多个输出，各个输出耦合至所述差分放大器电路之一， 所述开关电路有选择地把所述电流源耦合至所述差分放大器电路的 每个差分放大器电路，用于独立于其它差分放大器电路地操作所述多 级差分放大器电路中的每个差分放大器电路。
4. 如权利要求3所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关电 路包括多路输出选择器。
5. 如权利要求3所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大器， 所述输出放大器接收所述差分放大器电路中每个差分放大器电路的 所选输出模式，并产生代表所述差分放大器电路所选输出模式的输出 信号。
6. 如权利要求5所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出放 大器是产生等于和代表所述差分放大器电路信号输出模式的差分输 出信号的差分放大器。
7. 如权利要求6所述的模式选择放大器电路，其中，所述差分》欠 大器具有正负差分输出，所述差分放大器具有2的增益，且所述负差 分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述差分力丈大器电路信号输出模式的单端输出信号。
8. 如权利要求3所述的模式选择放大器电路，其中，所述有选择 地操作的装置还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关 元件耦合至第一和第二恒流源之一且具有多重输出，各个输出耦合至 所述多级差分放大器之一。
9. 如权利要求8所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关矩 阵还包括多路输出选择器。
10. 如权利要求3所述的模式选择放大器电路，还包括求和电路， 所述求和电路耦合来接收所述差分放大器电路的输出模式，并产生代 表所述差分放大器电路所选输出模式的总信号输出。
11. 如权利要求10所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大 器，所述输出放大器接收所述求和电路的总信号输出，并产生代表所 述差分放大器电路所选输出模式的输出信号。
12. 如权利要求ll所述的模式选择放大器电路，其中，所述输出 放大器是产生等于和代表所述差分放大器电路所选输出模式的差分 输出信号的差分放大器。
13. 如权利要求11所述的模式选择^:大器电路，其中，所述差分 力文大器具有正负差分输出，所述差分^:大器具有2的增益，且所述负差 分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述差分放 大器电路所选输出模式的单端输出信号。
14. 如权利要求l所述的模式选择放大器电路，还包括耦合至所 述差分放大器电路的输出模式的开关电路，用于有选择地传递所述差 分放大器电路中每个差分放大器电路的输出模式。
15. 如权利要求14所述的模式选择放大器电路，还包括输出放大 器，所述输出放大器接收所述差分放大器电路中每个差分放大器电路 的所选输出模式，并产生代表所述差分放大器电路所选输出模式的输 出信号。
16. 如权利要求15所述的模式选择放大器，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述差分放大器电路信号输出模式的差分输出 信号的差分放大器。
17. 如权利要求15所述的模式选择放大器电路，其中，所述差分 放大器具有正负差分输出，所述差分放大器具有2的增益且所述负差 分输出经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述差分放 大器电路信号输出模式的单端输出信号。
18. —种具有多重信号输出模式的模式选择放大器电路，包括； 模式开关，具有耦合来接收信号输入A、 B和C中至少两个的多级差分放大器电路，各个差分放大器电路产生代表输出模式的信号输 出，各个差分放大器电路的输出模式选自所述信号输入的代数组合 A-C、 B-C、 A-B和(A+B) /2-C中之一。开关电路，具有耦合到至少第一电流源的输入和多重输出，各个 输出耦合至所述差分放大器电路之一，所述开关电路从用于有选择地 把所述源耦合到所述差分放大器电路中每个差分放大器电路的控制 器接收控制信号，用于独立于其它差分放大器电路地操作所述多级差 分放大器电路中的每个差分放大器电路；第 一和第二电平转换器，耦合来从所述模式开关接收所选输出模 式，并产生代表所选输出模式的电平转换信号；以及输出放大器，接收所述电平转换信号输出并产生输出信号，所述 输出信号代表所选差分放大器电路的输出模式。
19. 如权利要求18所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关 电路还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合 至第一和第二恒流源之一且具有多重输出，各个输出耦合至所述多级 差分放大器电路之一用于有选择地把所述第一和第二电流源耦合至 所述差分放大器电路中的每个差分放大器电路。
20. 如权利要求18所述的模式选择放大器电路，其中，所述开关 电路包括多路输出选择器。
21. 如权利要求18所述的模式选择放大器，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述差分放大器电路信号输出^f莫式的差分输出 信号的差分放大器。
22. 如权利要求18所述的模式选择^:大器电路，其中，所述差分 放大器具有正负差分输出，所述差分放大器具有2的增益且所述负差 分输出经过终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述差分 放大器电路信号输出模式的单端输出信号。
23. —种信号采集探针，包括探头，具有用于接收信号输入A、 B和C中至少两个的探测触头， 所述信号输入耦合至具有多级差分放大器电路的模式选择放大器电 路，各个差分放大器电路可有选择地操作用于产生代表输出才莫式的信 号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自代数组合A-C、 B-C、 A-B 和(A+B) /2-C中之一；以及探针控制盒，耦合来经具有至少第一同轴信号线、通信线和电压 线的探针电缆接收信号输出，所述探针控制盒具有探针电路和控制 器，所述控制器经所述通信线耦合至所述探针电路和所述探头以提供 控制信号给所述探针电路和给所述探头，用于有选择地操作所述模式 选择放大器电路的所述差分放大器电路中的每个差分放大器电路，所 述探针控制盒经所述探针电缆电压线把电压功率耦合至所述探头。
24. 如权利要求23所述的信号采集探针，其中，所述模式选择放 大器电路还包括模式开关，具有耦合来接收信号输入A、 B和C中至少2个的所述多 级差分放大器电路，并产生代表所述多级差分放大器电路的相应输出 模式的信号输出；开关电路，具有耦合到至少第一电流源的输入和多重输出，各个 输出耦合至所述差分放大器电路之一，所述开关电路从用于有选择地 把所述源耦合至所述差分放大器电路中每个差分放大器电路的控制 器接收控制信号，用于独立于其它差分放大器电路地操作所述多级差 分放大器电路的每个差分放大器电路；第 一和第二电平转换器，耦合来从所述模式开关接收所选输出模式，并产生代表所选输出模式的电平转换信号输出；输出放大器，接收所述电平转换信号输出并产生输出信号，所述 输出信号代表所选差分放大器电路的输出模式。
25. 如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述开关电路还包括具有第一和第二开关元件的开关矩阵，各个开关元件耦合至第一 和第二恒流源之一且具有多重输出，各个输出耦合至所述多级差分放 大器电路之一用于有选择地把所述第一和第二电流源耦合至所述差 分放大器电路的每个差分放大器电路。
26. 如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述输出放大器是产生等于和代表所述差分放大器电路信号输出模式的差分输出信 号的差分放大器。
27. 如权利要求24所述的信号采集探针，其中，所述差分放大器 具有正负差分输出，所述差分放大器具有2的增益且所述负差分输出 经终端电阻器耦合至电接地，用于产生等于和代表所述差分放大器电 路信号输出模式的单端输出信号。
28. 如权利要求26所述的信号采集探针，其中，所述探针电缆具 有用于把所述差分输出信号耦合至所述控制盒的第一和第二同轴信 号线。
全文摘要
模式选择放大器电路具有耦合来接收输入信号A、B和C的多级差分放大器电路。各个差分放大器电路可有选择地操作用于产生代表输出模式的信号输出，各个差分放大器电路的输出模式选自信号输入的代数组合A-C、B-C、A-B和(A+B)/2-C之一。本模式选择放大器电路可用在信号采集探针中，用于向测量测试仪器提供各种信号输出模式。
文档编号H03F3/72GK101454971SQ200780019094
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月24日 优先权日2006年5月24日
发明者B·T·希克曼, E·O·特拉, R·J·华尔德 申请人:特克特朗尼克公司