测量输入电路和测量设备的制作方法

本发明涉及测量电路。本发明还涉及测量设备。

背景技术：

虽然理论上可应用到用于测量电信号的任何系统，但是将结合例如示波器的测量设备来描述本发明及其潜在的问题。

当测量被测设备中的电信号时，重要的是考虑被测设备以及测量设备的阻抗。

例如，如果测量设备具有高输入阻抗，例如1mω，测试信号的源(例如，被测设备)将只承受低的源负载。这样高的阻抗耦合可以用于例如直至300v的高电压。具有这样高阻抗耦合的带宽通常限制在约500mhz。

另一方面，如果测量设备具有低输入阻抗，例如50ω，测试信号的源(例如，被测设备)将承受较高的源负载。因此，低阻抗耦合可以用于例如直至5v或12v的低电压。具有这样低阻抗耦合的带宽可以达到约100ghz或更高。

用于执行信号测量的另一参数是耦合的类型，即ac耦合或dc耦合。利用ac耦合，测试信号的dc分量被消除，例如在信号中看到低振幅的波纹。利用dc耦合，全部的信号被传送到测试设备。

通常，因此用户需要针对测试设备和耦合类型来选择输入阻抗。这样的测试因此提供很少的灵活性，并且必须利用测试设备的不同配置来执行多个测试。

在这种背景下，本发明解决的问题是允许更灵活的测量。

技术实现要素：

本发明通过具有权利要求1的特征的测量输入电路和通过具有权利要求15的特征的测量设备来解决该目的。

因此，提供了：

-一种用于测量设备的测量输入电路，该测量设备用于测量被测设备中的电信号，所述测量输入电路包括：信号输入，例如从被测设备接收电信号并且在信号节点提供接收到的电信号的测试连接器；直流信号耦合路径，其耦接在信号节点与电接地之间并且包括第一阻抗值；交流信号耦合路径，其耦接在信号节点与电接地之间并且包括低于第一阻抗值的第二阻抗值；以及信号输入，其耦接到信号节点并且输出接收到的电信号。

此外，提供了：

-一种测量设备，例如示波器，用于测量被测设备中的电信号，该测量设备包括测量输入电路，该测量输入电路包括：信号输入，其从被测设备接收电信号并且在信号节点提供接收到的电信号；直流信号耦合路径，其耦接在信号节点与电接地之间并且包括第一阻抗值；交流信号耦合路径，其耦接在信号节点与电接地之间并且包括低于第一阻抗值的第二阻抗值；以及信号输入，其耦接到信号节点并且输出接收到的电信号。

本发明基于如下发现：能够阻断直流信号，例如dc信号(直流)或直流电压，并且可以并行提供直流信号耦合路径和交流信号耦合路径。

因而，本发明提供测量输入电路。测量输入电路例如可以设置为基板上的分开电路并且具有专门的壳体。这样的测量电路例如经由连接器连接到测试设备，例如示波器。可替换地，测量输入电路的组件可以包括在测量设备中或者可以分布在通过连接器和/或线缆进行耦接的专用测量探头和测量设备中。

信号输入可以例如包括连接器，该连接器用于将被测设备dut连接到测量输入电路。当连接器耦接到相应的配对部分时，这样的连接器包括金属或导电的外部屏蔽件以及由外部屏蔽件覆盖的内部接触。例如可以提供将dut连接到信号输入的线缆。这样的线缆也可以包括具有内部信号导体的导电屏蔽件。必须测量的电信号经由信号输入提供到测量输入电路的信号节点。

在测量输入电路的信号节点与电接地之间电并联地提供直流信号耦合路径和交流信号耦合路径。直流信号耦合路径或dc信号路径耦合路径可以视为信号节点和电接地之间的低阻抗dc路径。交流信号耦合路径或ac信号耦合路径可以视为仅针对ac信号的路径，例如阻断dc信号的信号路径。

通过并行提供直流信号耦合路径和交流信号耦合路径，通常分开测量的信号，即低频或dc信号和高频信号，将都存在于信号节点。

信号输出被提供用于输出从dut接收到的并且在信号节点处出现的电信号。信号输出例如可以包括类似于信号输入的连接器等。

所测量的电信号然后可以，例如由使用测量输入电路的测量设备的元件进一步处理。

本发明的其它实施例是参考附图的其它从属权利要求和以下描述的主题。

在可能的实施例中，直流信号耦合路径可以包括信号节点和电接地之间的具有第一电阻的第一电阻器。第一电阻尤其包括10kω至100mω之间的电阻，尤其是50kω电阻或1mω电阻或10mω电阻。

直流信号耦合可以利用简单的电阻器来执行。这样的电阻器是简单电阻元件，其具有两个接触以及在这两个接触之间的电阻元件。第一电阻器的相对高的电阻值向源(即dut)提供低负载。

在可能的实施例中，第一电阻器可以包括第一可调电阻器。可调电阻器可以调节至至少两个第一电阻值。可能的电阻值的范围在10kω至100mω之间，可以包括例如50kω电阻或1mω电阻或10mω电阻。

可调电阻器可以是例如由测量输入电路或测量设备的用户手动调节的电位器。可替换地，可调电阻器可以是例如电可控或数字的电位器。作为另一替换，可调电阻器还包括电并联布置的多个电阻器。每个电阻器具有允许可控地激活或去激活相应的开关的开关。这里的激活表示关闭信号节点和相应的电阻器之间或相应的电阻器和接地之间的电连接，使得电流流过电阻。

在可能的实施例中，交流信号耦合路径可以包括在信号节点和电接地之间的与具有第二电阻的第二电阻器串联的交流信号耦合元件。第二电阻包括10ω至100ω之间的电阻，尤其是50ω电阻或75ω电阻或100ω电阻。

如上所述的交流信号耦合路径只允许ac信号通过。交流信号耦合元件可以是执行dc和ac信号的信号分离的元件。第二电阻器因此体现针对这样的ac信号所提供的阻抗。通常高频信号必须利用低阻抗耦合来测量。10ω至100ω的阻抗满足这些信号的低阻抗耦合的目的。

交流信号耦合元件例如包括特定频率相关的滤波器或衰减性质。交流信号耦合元件例如包括特定的截止频率。在交流信号耦合元件的情况下，该截止频率是低截止频率。交流信号耦合元件因此可以使得包括比截止频率更高频率的信号通过。应当理解的是，在实际的高通滤波器，尤其是一阶，将不包括阶梯形的频率响应，而是连续的曲线形的频率响应。

在可能的实施例中，交流信号耦合元件可以包括电容器。电容器212例如包括在1μf至100nf之间的电容值，尤其是1nf至10nf之间，更尤其是2nf。

电容器可以是例如smd或可用于电路中的通孔元件。作为替换，电容器也可以利用迹线或导体形成在基板上，例如pcb上的铜迹线。电容器与第二电阻器相结合，形成了高通滤波器，该高通滤波器只让频率高于该高通滤波器的截止频率的信号通过。

在可能的实施例中，电容器可以包括可调至1μf与100nf之间的至少两个电容值的可调电容器。可能的电容值是1nf、2nf和5nf。

可调电容器例如可以包括带有开关的多个电容器，其可以通过关闭相应的开关来选择性地并联电耦接。

在可能的实施例中，第二电阻器可以包括第二可调电阻器并且可以调至至少两个第二电阻值。可能的第二电阻值范围在10ω至100ω之间，并且例如可以是50ω和75ω。

上述关于第一可调电阻器所说的对于第二可调电阻器也适用。

可调电容器和可调第二电容器的组合提供了例如可以由用户根据测量任务的需要进行调节的非常灵活的交流信号耦合路径。

第一电阻器、第二电阻器和电容器的调节例如可以由测量设备的控制器来执行。测量设备可以包括用户界面，并且用户例如可以经由用户界面选择相应的测量模式或针对第一电阻器、第二电阻器和电容器的设置。用户界面例如可包括带有相应的gui的显示器。测量设备还可以包括触摸屏幕或其他输入元件等，例如用于用户执行相应选择的鼠标或键盘。

在可能的实施例中，测量输入电路可以包括测量放大器。测量放大器的输入端口可以连接到信号节点。测量放大器例如可以包括运算放大器或还带有周围的电元件(如电阻器等)的运算放大器。这样的运算放大器例如可以包括一个或两个信号输入和提供经放大的信号的放大器输出。通常运算放大器的输入包括高阻抗并且不向信号源(例如dut)提供额外的负载。

如果测量放大器的输入耦接到信号节点，则测量放大器直接接受信号节点处存在的所有信号。测量放大器因此直接放大所有的相关信号。

在可能的实施例中，测量放大器可以是带宽在1ghz到100ghz之间尤其是5ghz或10ghz的宽带放大器。

在可能的实施例中，直接信号耦合路径可以包括具有偏移源的偏移电路和求和或微分电路，例如带有运算放大器。偏移源可以是电压或电流源，并且可以耦接在电接地和第一电阻器之间。求和或微分电路的输入可以耦接在偏移源和第一电阻器之间。求和或微分电路形成电信号和偏移源的输出信号的和值或差值。

偏移电路用于补偿被测的电信号的dc信号分量。偏移电路也用于补偿测量放大器中的偏移电压。

在可能的实施例中，测量放大器的第一输入可以连接到交流信号耦合元件与第二电阻器之间的节点。测量放大器的第二输入可以连接到求和或微分电路的输出。

测量放大器因此可以经由在其第一输入的交流信号耦合路径来接收高频率信号。第二输入然后可以被提供来自求和或微分电路的补偿信号。

在可能的实施例中，测量放大器可以包括激活的求和或微分放大器。这样的激活的求和或微分放大器可以包括带有相应的电阻器和/或电容器的运算放大器。

在可能的实施例中，求和或微分放大器的输出可以连接到交流信号耦合元件与第二电阻器之间的节点。

dc和ac信号的组合隐含地通过将求和或微分放大器的输出提供到交流信号耦合元件与第二电阻器之间的节点来执行。因此，信号即使不使用测量放大器的情况下也可以被组合。

在可能的实施例中，测量输入电路可以包括将测量输入电路置于高阻抗模式或低阻抗模式或混合模式的模式切换器。

模式切换器可以包括多个转换开关，其例如用于激活或者绕过直流信号耦合路径和/或交流信号耦接路径。转换开关例如可以将信号节点与直流信号耦合路径的输入进行耦接，或者接地或者使该连接断开。转换开关例如可以将信号节点与直流信号耦合路径的输入进行耦接，或者接地或者使连接断开。开关例如可以基于用户输入由测量设备的控制器来控制。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述。下面使用在附图的示意图中所说明的示例性实施例来详细说明本发明，其中：

图1示出根据本发明的测量输入电路的实施例的框图；

图2示出根据本发明的测量输入电路的另一实施例的框图；

图3示出根据本发明的直流信号耦合路径的实施例的框图；

图4示出根据本发明的交流信号耦合路径的实施例的框图；

图5示出根据本发明的测量输入电路的实施例的框图；以及

图6示出根据本发明的测量设备的实施例的框图。

附图旨在提供对本发明的实施例的进一步理解。它们示出实施例并且结合说明有助于说明本发明的原理和概念。参照附图，其它实施例和所提及的许多优点变得清楚。附图中的元件不一定按比例示出。

在附图中，除非另有说明，在每种情况下，类似的、功能上等价并且相同地操作的元件、特征和部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出测量输入电路100的实施例的框图。测量输入电路100用于将被测设备150耦接到测试设备(见例如图6)从而测量电信号101。测量输入电路100执行被测设备150和测量设备的输入耦合。

测量输入电路100包括耦接到信号节点103的信号输入102。信号输入102例如可以是连接器102。这样的连接器102例如可以经由线缆(例如，50ω线缆)耦接到被测设备150。

测量输入电路100还包括耦接在信号节点103与电接地105之间的直流信号耦合路径104。另外，测量输入电路100包括耦接在信号节点103与电接地105之间的交流信号耦合路径106。此外，信号输出107耦合到信号节点103。

直流信号耦合路径104和交流信号耦合路径106两者都提供不同类型的耦合。直流信号耦合路径104执行具有高阻抗的被测设备150的dc耦合。相反，交流信号耦合路径106执行具有低阻抗的被测设备150的ac耦合，其适于高频信号。同时，交流信号耦合路径106可以阻断dc信号。这意味着交流信号耦合路径106的低阻抗将不施加到dc信号。直流信号耦合路径104和交流信号耦合路径106的组合因此为dc或低频信号和ac信号提供了并行耦合。

在信号节点103，信号输出107因此获取电信号101的dc或低频部分和ac部分。然后可以例如利用测量设备来测量电信号101。

利用测量输入电路100的配置，因此可以同时在dut中测量两种类型的信号，dc或低频信号和ac信号。

图2示出另一测量输入电路200的框图。测量输入电路200基于测量输入电路100，因此包括耦接到信号节点203的信号输入202。测量输入电路200还包括直流信号耦合路径204和交流信号耦合路径206以及信号输出207。然而，除了这些元件之外，测量输入电路200包括测量放大器213。

测量放大器213布置在信号节点203和信号输入207之间。测量放大器213的输入耦接到信号节点203，而测量放大器213的输出耦接到信号输出207。测量放大器213例如是高带宽的放大器，其包括耦合在侧量放大器213的输入和输出之间运算放大器、电阻器、电容等的配置。测量放大器213将出现在信号节点203的信号进行放大。因此，信号以已经放大的形式被提供在信号输出207用于进一步处理。

在测量输入电路200中，直流信号耦合路径204包括电阻器210。具有第一电阻值的电阻器210限定了直流信号耦合路径204的阻抗。电阻器210的第一阻值可以是例如10kω至100mω的较高阻值。电阻器210尤其是50kω电阻器或1mω电阻器或10mω电阻器。电阻器210可以设置为例如smd，或者具有两个电接触的通孔元件。

此外，交流信号耦合路径206包括交流信号耦合元件212以及串联的第二电阻器211。交流信号耦合元件212实施为电容器。电容器将阻断任何的dc信号部分，并且只通过频率高于电容器212和电阻器211所形成的高通的低截止频率的信号。

电阻器211包括第二电阻器，其限定测量输入电路200的输入阻抗用于高频信号。电阻器211的第二阻值可以是例如1ω至100ω的较低阻值。电阻器211尤其是50ω电阻器或75ω电阻器。电阻器211可以设置为例如smd，或者具有两个电接触的通孔元件。

电容器212可以是分立的，例如smd或通孔元件。作为替换，电容器212也可以通过基板上的迹线来形成，例如通过pcb基板上的迹线。电容器212的电容值例如在1μf至100nf之间，尤其是1nf至10nf之间，更尤其是2nf。

图3示出直流信号耦合路径304的实施例的框图。直流信号耦合路径304是可调直流信号耦合路径304。这意味着直流信号耦合路径304的电阻值可以调至某一限制内的期望值。

直流信号耦合路径304包括多个电串联布置，每个包括电阻器310、315和开关317、318。单个串联布置并行地布置在直流信号耦合路径304中。

这意味着电阻器310、315能够可控地并联连接在直流信号耦合路径304的输入节点和直流信号耦合路径304的输出节点之间。应当理解的是，仅示例性示出两个电阻器310、315，可以提供具有相应开关的任意数量的电阻器(通过三个点来提示)。电阻器310、315都包括相同的电阻值。然而，也能够提供具有不同电阻值的电阻器。不同的电阻值可以提供于直流信号耦合路径304的更大范围的可能阻抗。

图4示出交流信号耦合路径406的实施例的框图。交流信号耦合路径406包括电阻器411、420的并联布置和电容器412、421的并联布置。每个电阻器411、420与专门的开关424、425并联布置，并且每个电容器412、421与专门的开关422、423并联布置。

与直流信号耦合路径304相同，交流信号耦合路径406允许利用开关411、420可控地并联连接电阻器411、420。同样适用于电容器412、421，利用开关422、423也可控地进行并联电配置。

交流信号耦合路径406因此允许控制交流信号耦合路径406的电阻值以及电容值。因此，交流信号耦合路径406的阻抗和截止频率可以根据相应的应用来进行具体的修改。

关于图3和图4，应当理解的是任意类型的开关317、318、417、418、422、423、424、425可以用于直流信号耦合路径304和/或交流信号耦合路径406。可能的开关包括分立的和手动操作的开关，例如dip开关。其他可能的开关包括电可控开关，例如晶体管。可能的晶体管可以是双极结型晶体管、fet晶体管或任何其他类型的晶体管。

还应当理解的是，可以在不具有开关的情况下提供电阻器和/或电容器中的一个。该电阻器和/或电容器将确定直流信号耦合路径和交流信号耦合路径的标准阻抗和电容。

图5示出测量输入电路500的实施例的框图。测量输入电路500基于测量输入电路200。因此测量输入电路500还包括耦接到信号节点503的信号输入502，和直流信号耦合路径504、交流信号耦合路径506，以及耦接到信号输出507的测量放大器513。

在测量输入电路500中，测量放大器513将其第一或正输入耦接到信号节点503。测量放大器513的负输入耦接到直流信号耦合路径504的输出。

直流信号耦合路径504包括耦接到信号节点503的第一电阻510。电阻器510的另一端耦接到放大器533的微分电路的负输入。微分电路或放大器533的正输入耦接到接地505。此外，电阻器530耦接到微分电路或放大器533的负输入，并且偏移源耦接在电阻器530和接地505之间。最后，电阻器531耦接在微分电路或放大器533的输出和微分电路或放大器533的负输入之间。微分电路或放大器533的输出耦接到测量放大器513的负输入。

图6示出测量设备640的框图。测量设备640例如可以是包括测量输入电路600的示波器。测量输入电路600可以是上面结合图1至图5所描述的测量输入电路600的任何实施例。

测量设备640可以经由测量输入电路600和线缆641耦接到待测设备650。如上所述，测量输入电路600允许测量设备640测量从dc信号到例如几个ghz的大频率范围内的电信号。这允许测量包括多个不同频率的待测设备650的信号。这可以是例如在不同的操作模式之间进行切换的设备的情况下。这样的设备可以例如经由低速总线(例如100khz控制总线)发送控制信号，并且经由高速数据传输(例如，在ghz范围内)发送数据。这样的数据例如可以由mipi联盟的兼容设备来提供。

测量设备640可以包括允许用户配置测量设备640的用户输入设备642、643。用户输入设备642、643可以例如用于配置测量输入电路600。如上所示，测量输入电路600的直流信号耦合路径和交流信号耦合路径是可调的。用户输入设备642、643因此可以用于调节测量输入电路600。用户输入设备642、643可以例如用于控制如图3和图4中所示的开关。用户输入设备642、643因此可以用于设置测量输入电路的交流信号耦合路径的阻抗和电容以及直流信号耦合路径的阻抗。虽然未明确示出，应当理解的是，可以在测量输入电路600的测量设备640和开关之间提供专用的控制线路。

测量输入电路600还包括可以用于显示所测量的电信号的显示器644。

测量输入电路600示出为耦接到测量设备640。然而，应当理解的是，测量输入电路600的至少一些元件也可以分布在测量设备640中。

例如，直流信号耦合路径例如可以设置在单独的壳体中，交流信号耦合路径可以设置在测量设备640中。然后该分开的壳体可以例如经由专门的端口连接到测量设备640。

虽然未明确示出，但是应当理解的是，测量设备640可以包括执行测量设备640的功能所必须的任意其他元件。这样的设备例如可以包括a/d转换器、d/a转换器、处理器、存储设备等。

尽管本文已经说明和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是存在各种替代和/或等同的实施方式。应当理解的是，示例性实施例或各个示例实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。而是，上述发明内容和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的指导，应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其法律等同物所陈述的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。通常，本申请旨在覆盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变化。

在前述详细描述中，出于简化本公开的目的，将各种特征分组在一个或多个示例或示例中。应当理解的是，上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。其旨在覆盖可以包括在本发明的范围内的所有替代，修改和等同物。在回顾以上说明书时，许多其它实例对于本领域技术人员将是清楚的。

在前述说明书中使用的具体命名用于提供对本发明的透彻理解。然而，根据本文提供的说明书，对于本领域技术人员清楚的是，为了实施本发明，不需要具体细节。因此，为了说明和描述的目的，呈现本发明的具体实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式；显然，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。贯穿说明书，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”分别用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。此外，术语“第一”，“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并且不旨在对其对象的重要性的某种排序施加数值要求或建立其某些排序。

附图标记列表

100,200,500,600测量输入电路

101,201,501电信号

102,202,502信号输入

103,203,503信号节点

101,201,501直流信号耦合路径

105,205,305,405,505电接地

106,206,306,506交流信号耦合路径

107,207,507信号输出

210,310,315,510第一电阻器

211,411,420,511第二电阻器

212,412,421,512电容器

213,513测量放大器

317,318交换器

422,423,424,425交换器

530,531电阻器

532偏移源

533微分电路

640测量设备

641线缆

150,250,550,650被测设备