具有多个灵敏度范围的电-光探针的制作方法

本公开一般地涉及测试和测量系统以及信号获取附件，以及更特别地涉及一种用于测试和测量系统的电-光探针。

背景技术：

电-光传感器可使用马赫-曾德干涉仪作为在测试和测量系统中确定被测装置（DUT）的测得电压信号的一种方法。众所周知，电-光调制器是使用电-光材料的基板通过在基板中形成光波导并在基板的表面上沉积薄膜电极来制造的。当电极之间建立电势差时，在电-光材料基板之内创建电场，并且这影响该电-光材料的折射率。相应地，当光传播通过该光波导时，其相位和/或量值依赖所施加的电场的量值而变化，这提供了用于通过电极来测量DUT的电参数的测量机制。

基于电-光晶体传感器的电压探针可以被设计成具有很高的灵敏度和很高的输入阻抗。通常期望在电压探针中具有多个灵敏度范围来分辨不同水平的信号。提供多个灵敏度范围的一种常规方法是在DUT和传感器之间的信号路径上增加电阻式电衰减器。然而，由于衰减器中的功率耗散问题在信号路径上增加电衰减器可能降低电气性能并且限制最大电压。当在很高的电压输入的情况下使用时，这样的降低具有通过衰减器耗散大量功率的负面影响。

本发明实施例解决现有技术的这些和其他限制。

技术实现要素：

所公开技术的某些实施例涉及电-光测试部件，其包括构造为基于电场的应用来改变其折射率的晶体基板或聚合物基板、在晶体基板或聚合物基板中形成并且配置成携带来自晶体基板或聚合物基板的第一端的光并在波导的第二端输出经调制的输出光信号的光波导、在距光波导第一距离处邻近光波导形成的第一感测电极，以及在距光波导第二距离处邻近光波导形成的第二感测电极。在一些实施例中，所述第二距离不同于所述第一距离。这些感测电极可以由单电极形成，或形成为电极的差分对。相比于将来自被测装置的信号应用到第二感测电极，将来自被测装置的信号应用到所述第一感测电极导致光以不同幅度调制。

在一些实施例中，光导包括两个通道，以及邻近于所述第二通道形成一个或多个偏置电极。

本发明的其他实施例包括测试和测量装置。在这样的实施例中，所述测试和测量装置包括光发射器、耦合到该光发射器的电-光测试部件、耦合到该电-光测试部件的输出的光/电转换器以及构造为基于来自光/电转换器的电信号示出可视输出的显示器。光/电转换器可以构造为从光信号生成电信号，该光信号是从电-光测试部件的晶体基板或聚合物基板接收到的。测试和测量装置的电-光测试部件可以包括构造为基于电场的应用来改变其折射率的晶体基板或聚合物基板、在晶体基板或聚合物基板中形成并且配置成携带来自晶体基板或聚合物基板的第一端的由光发射器生成的光且配置成在波导的第二端输出经调制的输出光信号的光波导、在距光波导第一距离处邻近光波导形成的第一感测电极，以及在距光波导第二距离处邻近光波导形成的第二感测电极，所述第二距离不同于所述第一距离。

本发明其他实施例包括一种用于经由连接到测试和测量仪器的电-光电压附件来测量被测装置的可变输入信号的方法，其中所述电-光电压附件包括光波导，其具有布置在距该光波导第一距离处的第一感测电极，并且具有布置在距该光波导第二距离处的第二感测电极。该方法可以包括在电-光电压附件处接收被测装置的可变输入信号，选择电-光电压附件的第一感测电极或第二感测电极，将该被测装置的可变输入信号应用到所选择的感测电极，从电-光电压附件输出基于可变输入信号的经调制的输出信号，在处理器处接收来自所述电-光电压附件的所述经调制的输出信号，以及修改来自电-光电压附件的经调制的输出信号来重建电-光电压附件的可变输入信号。在一些实施例中，可变输入信号可以区别地应用于所述感测电极。一些实施例也包括将偏置信号应用到偏置电极，其也可以被区别地应用。

附图说明

图1图示了根据本发明实施例的包括电-光装置的测试和测量系统的实施例。

图2图示了根据本发明实施例的包括具有多个灵敏度的电极的电-光调制器。

图3图示了根据本发明实施例的包括具有多个灵敏度的电极的另一种电-光调制器。

具体实施方式

在附图（其不一定按比例）中，所公开系统和方法的同样的或对应的要素一般由相同的参考数字来表示。

电-光传感器（诸如在图1中示出的电-光传感器100）一般具有两个光学连接、来自光发射器104的未调制光束的输入102和收集已经由电信号的应用调制的光的输出106。输出106将经调制的光携带到光接收器114，在光接收器114处可以测量经调制的光。

波导112（诸如马赫-曾德波导）由电-光材料形成，该电-光材料具有在该材料顶部形成的或者埋入在该材料中的电极。参考图1，四组电极围绕着并且邻近于波导的两个腿形成。两组电极108、109连接到DUT 110，并且两组电极120、121为偏置电极。每组DUT电极108或109可以连同任一组偏置电极120或121一起来操作。基于DUT 110上的被测试的信号的灵敏度来确定使用哪一组电极（108或109）。例如，电极108可以是高灵敏度电极，其在来自开始被测试的DUT 110的信号具有很低的值（诸如相对低的电压或低的电流水平）时被使用。电极109可以是低灵敏度电极，其在来自DUT 110的信号具有相对较高的电压或电流值时被使用。根据选择哪组DUT电极来选择偏置电极120或121。例如，总是可以在使用DUT电极108时使用电极组120，以及类似地可以在使用DUT电极109时使用电极组121。然而，根据偏置电极的构造的细节总是使用较高灵敏度偏置电极120是合意的。注意DUT电极109离波导112更远，如同偏置电极组121一样。其他电极组108、120更靠近波导。

在操作中，光发射器104将未调制光束发送到电-光传感器100。用户根据哪一信号要被测试来选择将哪组感测电极（108或109）连接到DUT。在操作者将被选择的DUT电极108或109耦合到所述传感器100后，来自光发射器104的未调制光穿过波导112。由于来自通过电极108或109连接的DUT 110的所应用的电信号未调制的光变为调制的。

经调制的光被发送到光接收器114并且在光到电（O/E）转换器116中转换为电信号。然后，光到电转换器116将信号发送到测试和测量仪器118上的处理器以便进一步处理或在测试和测量仪器118的显示器（未示出）上进行显示或者被储存在测试和测量仪器118的存储器（未示出）中。

图2图示了根据本发明实施例的多灵敏度电-光调制器200。在这个电-光调制器200中，马赫-曾德调制器中的波导包括两个分支202、204。光波导的第一分支202被两组电极208和209围绕，所述两组电极208和209可以分别是图1的电极108和109 的实施例。电极108在比电极109更近的距离处围绕第一分支202，所述电极109反而离第一分支202隔开更远。类似地，波导的第二分支204被电极220、221围绕，所述电极220、221可以是图1中所图示的电极120、121的实施例。电极108、109、120、121可以形成在晶体基板230之上或之内。

图2中示出的电极208和209被区别地驱动。输入信号从结构230的两侧通过阻尼电阻器（未示出）进入结构230以平衡电极组208（或209）对防护装置240的阻抗负载。电极组208是长的并可以具有有端接的或无端接的端。电极组209是类似的，除了它们被布置为离所述波导的第一分支202更远。在电极长度、传感器的灵敏度和频率响应之间存在权衡。根据要在DUT上的测试的信号的水平，来自DUT（图2未图示出）的输入信号被应用于电极对208或电极对209之间。即，来自被测装置的正输入被连接到靠近波导的第一分支202的电极组208、209中的电极中的一个，而来自DUT的负输入被连接到该电极对中的另一个电极。然后，如上面概述的，可以通过评估在晶体基板或聚合物基板中穿过波导的光的调制或相位变化的量或水平来确定来自DUT的信号。

图3图示了根据本发明实施例的包括具有多个灵敏度的电极的另一个电-光调制器的部件300。在这个实施例中，晶体或聚合物312被配置成接受来自光纤线缆（未图示）的光并且携带它穿越调制器到达另一光纤线缆（未图示），在所述另一光纤线缆处可以感测到经调制的光。第一对电极308邻近于晶体或聚合物312形成，而第二对电极309在离波导更远的距离处形成。主体310例如由陶瓷或塑料形成以物理上包含所有的部件300。这个实施例与参考图2所描述的实施例不同因为在这个实施例中没有偏置电极。参考图3所描述的实施例可以被配置成调制穿过波导312的光的相位或极化状态（但与参考图2所描述的系统不同）不调制穿过它的光的幅度。

在操作中，根据要被测试的信号的水平，来自DUT的电信号被耦合到任一电极对308或309。相比于相同信号耦合到电极309的情况，耦合到电极308的电信号对调制光的相位将具有更多的影响，因为其穿过晶体或聚合物312。从这层意义上说，不同电极组308、309具有不同的灵敏度。用户通过将哪组电极被耦合到DUT来选择使用哪个灵敏度。

所公开的技术的电-光调制器优选地在测试和测量系统中使用。该测试和测量系统包括测试和测量仪器、控制器、附件头和被测装置。所公开技术的电-光调制器典型地是位于附件头中的光学传感器。在操作期间，光束从控制器中的光发射器被发送到所公开技术的附件头和电-光调制器。附件头响应于通过电-光调制器的光束来测量来自被测装置的信号。然后，作为结果的光束被发回到控制器的光接收器并转换为电信号以被储存在测试和测量仪器的存储器中或被显示在显示器上。

该测试和测量仪器可以是示波器、逻辑分析器、频谱分析器或类似的具有用于容纳附件装置的附件装置接口的这样的装置。

如本文中所使用的术语“控制器”和“处理器”意在包括微处理器、微型计算机、ASIC和专用硬件控制器。本发明的一个或多个方面可以被具体化为计算机可用数据和计算机可执行指令，诸如在一个或多个程序模块中，所述指令由一个或多个计算机（包括监控模块）或其他装置执行。一般地，程序模块包括例程、程序、对象、部件、数据结构等，其在由计算机或其他装置中的处理器执行时实行特定任务或实施特定抽象数据类型。计算机可执行指令可以被储存在非临时性计算机可读介质上，诸如硬盘、光盘、可移除储存介质、固态存储器、RAM等。如本领域技术人员将领会的，程序模块的功能可以在各种实施例中按照期望被组合或分布。此外，所述功能可以整体或部分地具体化于固件或硬件等价物（诸如集成电路、现场可编程门阵列（FPGA）等等）中。特定数据结构可以被用来更有效地实施本发明的一个或多个方面，以及这样的数据结构在本文所描述的计算机可执行指令和计算机可用数据范围内是预期的。

本发明的方面包括电-光测试部件，其包括构造为基于电场的应用来改变其折射率的晶体基板、在晶体基板中形成并且配置成携带来自晶体基板的第一端的光并在波导的第二端输出经调制的输出光信号的光波导、在距光波导第一距离处邻近光波导形成的第一感测电极，以及在距光波导第二距离处邻近光波导形成的第二感测电极，所述第二距离不同于所述第一距离。

如上所述，将来自被测装置的第一信号应用到第一感测电极导致光以第一幅度调制，而将来自被测装置的第一信号应用到第二感测电极导致光以第二幅度调制。这允许用户基于测试信号的量值来选择使用哪组感测电极。例如，第一组感测电极可能更灵敏，即对于同样的输入信号比第二组感测电极提供更高的相对输出。

诸如图2中所图示，光导可以包括第一通道和第二通道，其中邻近于所述第一通道来形成第一感测电极和第二感测电极。可以邻近于第二通道形成一个或多个偏置电极，所述一个或多个偏置电极可以由单电极或差分电极形成。

本发明的其他方面包括测试和测量装置。在这样的实施例中所述测试和测量装置包括光发射器、耦合到光发射器的电-光测试部件、耦合到电-光测试部件的输出的光/电转换器，以及构造为基于来自光/电转换器的电信号示出可视输出的显示器。光/电转换器可以被构造为由从电-光测试部件的晶体基板接收到的光信号生成电信号。测试和测量装置的电-光测试部件可以包括构造为基于电场的应用来改变其折射率的晶体基板、在晶体基板中形成并且配置成携带来自晶体基板的第一端的由光发射器生成的光且配置成在波导的第二端输出经调制的输出光信号的光波导、在距光波导第一距离处邻近光波导形成的第一感测电极，以及在距光波导第二距离处邻近光波导形成的第二感测电极，所述第二距离不同于所述第一距离。

本发明的其他方面包括使用电-光电压附件的方法。一个这样的方法包括在电-光电压附件处接收被测装置的可变输入信号，选择电-光电压附件的第一感测电极或第二感测电极，将该被测装置的可变输入信号应用到所选择的感测电极，从电光电压附件输出基于可变输入信号的经调制的输出信号，在处理器处接收来自所述电-光电压附件的所述经调制的输出信号，以及修改来自电-光电压附件的经调制的输出信号来重建电-光电压附件的可变输入信号。在一些实施例中，被测装置的可变输入信号可以被区别地应用。在一些实施例中，也应用偏置信号。在一些实施例中，电-光电压附件的可变输入信号在测试和测量仪器的显示器上被重建。

已经在本文的优选实施例中描述和图示了所公开技术的原理，应当显而易见的是，所公开的技术可以在不脱离这样的原理的情况下在安排和细节上被修改。我们要求保护在下面的权利要求的精神和范围内的所有修改和变化。