用于减小的输入电容的探针衰减器的制作方法

本申请要求于2017年7月10日提交的并且名称为“probeattenuatorforreducedinputcapacitance”的美国临时专利申请序列号62/530,759的权益，通过引用将该美国临时专利申请如同在其整体上再现一样合并于本文。

本公开涉及与测试和测量探针的方面相关联的机制，并且更特别地，涉及用于在测试和测量探针中减小电容的机制。

背景技术：

测试和测量系统被设计用于接收和测量例如来自被测设备（dut）的测试信号。例如，诸如示波器的测试和测量系统可以经由探针耦合到dut。为了测量来自dut的测试信号，跨探针从dut汲取（draw）电流。从dut汲取电流可能改变被测试电路的电气特性。因此，理想的探针应该汲取可能的最小量的电流。由测量设备汲取的电流被称为信号加载。信号加载是不合期望的，因为信号加载可能更改dut的功能和/或提供不准确的测试数据。信号加载是阻抗的函数，阻抗又是探针中电阻和电容的函数。对于直流（dc）和低频信号，增大的探针电阻增大阻抗，并且因此增大信号加载。对于高频信号，降低的探针电容增大阻抗，并且因此增大信号加载。这样，信号探针的电阻和电容直接地影响可以被探针测量而不引入不可接受水平的信号加载的信号的范围。特别地，渐进地减小的信号探针电容允许对渐进地更高频率信号的准确测量。

本公开中的示例解决这些和其他问题。

附图说明

本公开的实施例的方面、特征和优势将从以下参考附图的实施例的描述中变得清楚，其中：

图1是用于减小的输入电容的示例信号探针的示意图。

图2是用于减小的输入电容的具有固定温度修正的示例信号探针的示意图。

图3是用于减小的输入电容的具有基于测量温度的温度修正的示例信号探针的示意图。

图4是对于示例信号探针的温度相关的电容补偿的绘图。

图5是校准测试和测量探针的示例方法的流程图。

具体实施方式

一些信号探针采用分压器电路和放大器以在较低频率处减轻信号加载。然而，分压器电路和放大器包括寄生电容。这类寄生电容可以基于温度和基于测试设置而变化。信号探针可以采用可变并联电容器，其中分路器指示从信号通道耦合到地的组件。采用可变并联电容器以匹配分压器电路的电阻电容（rc）值与探针输入和放大器的rc值。这导致用受控经校准的电容克服未知电容，这然后导致在规定的频率范围内的一致信号响应。不幸地，添加可变并联电容器增大信号探针的电容，并且因此在较高频率处增大不合期望的信号加载。

本公开设法通过使电容式分压器免于不得不匹配任何预选择衰减来降低探针的输入电容。取而代之的是，通过调整并联电阻器的值，匹配由跨串联电阻器的寄生电容创造的电容式分压器和放大器并联电容。可以通过电位计（例如，高达或许2ghz）、激光可调式电阻器，通过测量电容式衰减以及在探针中安装期望值的电阻器，或者以任何其他合适的方式，来实现并联电阻变化。放大器前面的衰减随着这些电容在探针间改变而变化，但是可以通过调整电阻式衰减而将响应设置平坦以匹配。为了校准整体探针增益，然后可以向放大器的输出串联终端内置小的可调整衰减修正。放大器输入电容仍然随着输入电压和温度而变化。为了将这些变化修正为一阶，可以以尽可能小地增大并联电容来添加补偿组件。例如，对于结型栅场效应晶体管（jfet）放大器，输入电容可以在预期操作温度范围内以大约1毫微微法拉（ff）每摄氏度（c）改变。可以包括具有与电容几乎相等并且相反的温度系数的静电敏感设备（esd）二极管而同时仅使并联电容增大大约200ff。作为附加的益处，进一步保护充当衰减器的运算放大器免受可能发生在探针输入处的esd尖峰（spike）影响。类似地，输入电压电容改变可以从适当地偏置的变抗器得到补偿以平坦化并联电容到对探针性能的预期水平内。在温度系数原本不会共计几乎为零的情况下还存在用温度相关的电压来偏置变抗器的选项。

换言之，本文公开的是探针设计，其减小信号探针电容，从而导致在较高频率（例如，高达大约二千兆赫兹（ghz））处减小的阻抗、减小的信号加载、以及增大的准确性。特别地，从分压器电路省略可变并联电容器。该省略根据通过这类省略造成的电容的减小而在较高频率处减小阻抗影响。信号探针包括可变并联电阻器，所述可变并联电阻器被采用以匹配分压器电路的rc值与放大器和信号探针输入的rc值。用可变并联电阻器匹配rc值更改分压器电路的衰减特性。因此，沿着信号路径还包括可变串联电阻器。一旦调谐可变并联电阻器以提供平坦的频率响应，采用可变串联电阻器以调整由可变并联电阻器引起的衰减变化。此外，可以在分压器电路中采用并联esd二极管。esd二极管保护放大器免受静电放电影响。esd二极管和放大器两者包括根据温度变化的电容。然而，esd二极管的电容的温度系数与放大器的电容的温度系数几乎相等并且相反。这样，并联的esd二极管减小并且可以几乎消除温度相关的电容变化。在示例中，温度相关的电容变化被限制为八十摄氏度（c）温度改变内大约二十毫微微法拉（ff）的改变。这类温度相关的电容改变可以通过在分压器电路中采用并联二极管而被进一步减轻。并联二极管可以被偏置以减轻对在规定的温度下匹配分压器电路的rc值与放大器的rc值的支持。在又一示例中，温度传感器和对应的调节电路可以控制对并联二极管的偏置。这允许rc匹配基于温度主动地调整，并且因此补偿放大器中温度相关的电容变化。

图1是用于减小的输入电容的示例信号探针100的示意图。信号探针100也可以被称作测试和测量探针。信号探针100包括经由信号通道111耦合到一起的分压器电路112、放大器130和可变串联电阻器125，所述信号通道111用于从dut向测试系统输送测试信号。分压器112和放大器130提供阻抗以限制信号加载。如上文指出的，跨信号通道111汲取的过度电流可能更改dut的电气特性，并且因此在被称作信号加载的过程中提供不准确的测试信号。

分压器112在信号通道111中包括输入串联电阻器113。分压器112还包括静态并联电阻器117和可变并联电阻器119。应指出，在一些示例中静态并联电阻器117和可变并联电阻器119可以被结合为信号电阻式元件。静态并联电阻器117和可变并联电阻器119被认为是并联组件，因为信号通道111经由静态并联电阻器117和可变并联电阻器119耦合到地123（例如，被并联）。分压器112是无源线性电路，其提供是输入电压的部分的输出电压。从dc的角度，所述部分由输入串联电阻器113的值相对于并联电阻器117和119的值而确定。因此，并联电阻器117和119和输入串联电阻器113充当分压器电路112。换言之，输入串联电阻器113、静态并联电阻器117和可变并联电阻器119提供电阻式阻抗，其减轻信号加载。取决于示例，可变并联电阻器119可以通过微调电位计、激光微调电阻器、和/或被选择以采用导致匹配的rc值的规定电阻的电阻器来实现。将领会，这些仅仅意在作为可能的可变并联电阻器配置的说明性示例，并且采用可变并联电阻器的其他配置对于本领域普通技术人员而言将容易清楚。

放大器130提供高阻抗输入和低阻抗输出。这样，放大器130的输入具有比放大器130的输出更高的阻抗。放大器130的输入经由信号通道111耦合到分压器电路112。放大器130的高阻抗输入使来自dut的电荷流保持尽可能低，同时允许可测量的量的电荷通过，并且因此减小信号加载。采用低阻抗输出以驱动电缆（例如，五十欧姆的电缆）和测试装备。

附加于电阻式阻抗，分压器电路112和放大器130还创造充当信号探针100的阻抗的部分的电容。包括在信号通道111中的输入串联电阻器113创造串联寄生电容115。耦合到信号通道111的放大器130包括并联寄生电容131。由串联寄生电容115和并联寄生电容131提供的电容可以基于温度、测试电路组件等而变化，但是可以分别为大约0.22微微法拉（pf）和1.8pf。寄生电容115和113引起在不同频率处的测试信号变化。这类变化可能导致更改的测试信号，并且因此导致不准确的测试结果。换言之，归因于寄生电容115和131，电路的dc/低频增益可能与电路的高频增益不同。这类增益上的差异然后可能被错误地测量成测试信号的部分。

因此，耦合到信号通道111和地123的可变并联电阻器119可以被调整，使得由串联电阻器113和串联寄生电容115创造的串联rc时间常量匹配由并联电阻器117和119和寄生电容131创造的并联rc时间常量。换言之，静态并联电阻器117和可变并联电阻器119同放大器130、并联寄生电容131一起提供导致rc值的电阻和寄生电容。通过调整可变并联电阻器119，电路的并联部分的rc时间常量值可以与输入串联电阻器113和串联寄生电容115的rc时间常量值匹配。通过匹配电路的并联部分的rc值与电路的信号通道111部分的rc值，测试信号的dc/低频增益匹配测试信号的高频增益。当这发生时，当在频域中绘图时，信号通道111上转发的测试信号表现为基本上是平坦的。因此当经由可变并联电阻器119校准时，信号探针100在放大器130的输出处再现测试信号的形状。

如上文指出的，可以通过在分压器电路112中采用可变并联电容器来完成这类rc匹配。然而，采用可变并联电容器增大电路的整体电容，并且因此增大信号加载。因此，信号探针100的分压器电路112不依赖（即，不采用）并联电容器完成rc匹配。换言之，归因于电路中固有的电容，探针100经由信号通道111将加载电容应用到dut。然而，通过从分压器电路112省略并联电容器来减小加载电容。

应指出，通过经由可变并联电阻器119而不是可变电容器来执行rc匹配，允许跨信号通道111的测试信号的幅度变化。为了计及该幅度变化，信号探针100包括耦合到放大器130的输出的可变串联电阻器125。可变串联电阻器125可以被设置用于调整与可变并联电阻器119相关联的衰减变化。这克服在不采用并联电容器的情况下与基于可变并联电阻器119的rc匹配相关联的信号衰减问题。

在一些示例中，信号探针100的分压器电路112还包括并联静电敏感设备（esd）二极管121。并联esd二极管121耦合到信号通道111和地123。并联esd二极管121被设计为当过量电荷跨信号通道111转发时，允许电荷流向地123。这可能发生在静电放电的情况中，并且可能导致对电子装备的损害。因此，并联esd二极管121保护放大器130和沿着信号通道111的其他组件免受跨信号通道111转发的静电放电的影响。并联esd二极管121还可以支持其他功能。例如，放大器130的寄生电容131基于周围温度而变化。并联esd二极管121应用也基于周围温度而变化但以相反方向变化的寄生电容。因此，并联esd二极管121的随温度变化的电容抵消/减轻与放大器130的并联寄生电容131相关联的随温度变化的电容。

应指出，信号探针100可以被实现在若干组件中。例如，信号探针100可以包括经由电缆耦合到补偿盒的探针尖端和耦合到补偿盒的控制器。在一些示例中，分压器电路112位于探针尖端中，并且放大器130和可变串联电阻器125位于补偿盒和/或控制器中。然而在一些示例中，如描绘的，信号探针100的组件也可以被完全地安置在探针尖端中。

图2是用于减小的输入电容的具有固定温度修正的示例信号探针200的示意图。信号探针200与信号探针100类似，具有附加的温度修正。信号探针200包括信号路径211、分压器电路212、输入串联电阻器213、串联寄生电容215、静态并联电阻器217、可变并联电阻器219、地223、并联esd二极管221、放大器230、并联寄生电容231和可变串联电阻器225，其分别与信号路径111、分压器电路112、输入串联电阻器113、串联寄生电容115、静态并联电阻器117、可变并联电阻器119、地123、并联esd二极管121、放大器130、并联寄生电容131和可变串联电阻器125基本上类似。

信号探针200的分压器电路212还包括并联二极管227。如示出的，并联二极管227耦合到信号通道221（例如和/或耦合到地）。并联二极管227经由例如来自电压源的负调谐偏置电压（vbias）被偏置。偏置的并联二极管227通过更改并联的电容而支持匹配与串联寄生电容215和并联寄生电容231相关联的rc值。例如，并联二极管227可以以毫微微法拉的数量级应用电容，并且可以被采用以调谐分压器电路212的rc常量来修正归因于系统温度的电容改变。在一些示例中，并联二极管227被实现为偏置的变容二极管。应指出，在一些示例中，并联二极管227可以从图2中示出的取向反转。在这类情况中，并联二极管227的阳极连接到信号偏置，并且阴极连接到信号通道211。在这类情况中，并联二极管227的极性被反转，并且因此信号偏置的极性也被反转。

图3是用于减小的输入电容的具有基于测量温度的温度修正的示例信号探针300的示意图。信号探针300与信号探针200类似，具有主动的温度修正。信号探针300包括信号路径311、分压器电路312、输入串联电阻器313、串联寄生电容315、静态并联电阻器317、可变并联电阻器319、地323、并联二极管327、并联esd二极管321、放大器330、并联寄生电容331和可变串联电阻器325，其分别与信号路径211、分压器电路212、输入串联电阻器213、串联寄生电容215、静态并联电阻器217、可变并联电阻器219、地223、并联二极管227、并联esd二极管221、放大器230、并联寄生电容231和可变串联电阻器225基本上类似。

信号探针300还包括温度传感器328，其是被配置为测量温度的任何设备。信号探针300还包括耦合到温度传感器328和并联二极管327的调节电路329，如示出的那样。调节电路329是被配置为基于由温度传感器328测量的温度而偏置并联二极管327的任何组件或组件组。因此，调节电路329将温度负相关的电压应用到并联二极管327，以修正与温度改变相关的电容改变。

图4是对于诸如信号探针100、200和/或300的示例信号探针的温度相关的电容补偿的绘图400。绘图400将示例放大器电容、esd二极管电容以及总电容中的改变作为温度的函数示出。温度以摄氏度（c）示出，并且电容以pf示出。如所示出的，esd二极管从30摄氏度到100摄氏度使电容增大大约102ff。在相同的范围内，放大器电容减小大约82ff。由于这些改变是互补的，作为结果的整个电路上的温度改变在相同范围内为大约20ff，这是可忽略的。因此，放大器和esd二极管之间在随温度改变的电容上的逆关系大大地减轻温度对于诸如信号探针100、200、和/或300的示例信号探针中的rc匹配的影响。此外，期望附加的准确性，可以采用诸如二极管227和/或327的偏置的并联二极管以进一步修正周围温度改变。

图5是校准诸如信号探针100、200和/或300的测试和测量探针的示例方法500的流程图。在块501处，设置诸如可变并联电阻器119、219和/或319的可变并联电阻器。如上文指出的，在测试和测量探针的分压器电路中采用可变并联电阻器。调整和设置可变并联电阻器以匹配并联的rc值与串联路径的rc值。具有恒定幅度和变化频率的已知测试信号可以为校准目的而跨信号通道被转发。当在示波器上在频域中对测试信号绘图时，当rc值不匹配时，作为结果的波形表现为在不同频率处具有不同幅度。因此，可以调整可变并联电阻器直到绘图在频域中示出平坦的响应。测试和测量探针的平坦化频率响应指示rc值被匹配，并且因此探针跨感兴趣频率应用一致水平的衰减。这样，平坦化测试和测量探针的频率响应导致匹配与串联元件和并联元件相关联的rc时间常量。还如上文指出的，从分压器电路省略并联电容器以减小探针的电容。因此，设置可变并联电阻器以平坦化测试和测量探针的频率响应不包括调整可变电容器。

在块501中设置可变并联电阻器也调整电路的衰减。预期探针提供规定的衰减，并且因此设置可变并联电阻器导致从预期衰减的偏差。这类偏差可能在设置探针之前是未知的并且可能在探针间变化。采用块503以补偿这类衰减改变，并且提供跨测试和测量探针的产品线的一致衰减。在块503处，设置测试和测量探针的信号通道中的可变串联电阻器。例如，用于校准的测试信号具有已知的幅度。因此，可以调整可变串联电阻器直到示波器上示出的频率响应显示在与期望的衰减相关联的幅度处。例如，当预期探针具有十倍（10）衰减并且测试信号是十伏特信号时，可以调整可变串联电阻器直到频率响应指示一伏特的幅度。通过执行块503，与可变并联电阻器设置相关联的衰减变化被减轻。

可选地，可以执行块505以减轻基于温度的电容变化。如上文指出的，分压器电路可以包括具有随温度变化的电容的esd二极管，所述随温度变化的电容抵消与测试和测量探针的放大器相关联的随温度变化的电容。附加于esd二极管的使用，可以执行块505。在块505处，可以设置分压器电路中并联二极管的偏置以减轻测试和测量探针的随温度变化的电容。在一些情况中，并联二极管可以由温度传感器和调节电路操作。在这类情况中，设置并联二极管可以包括初始化温度传感器和调节电路。

本公开的示例可以在特别创建的硬件上、在固件上、数字信号处理器上或在包括根据编程指令操作的处理器的专门编程的计算机上操作。如本文所用的术语“控制器”或“处理器”意图包括微处理器、微计算机、asic和专用硬件控制器。本公开的一个或多个方面可以体现在由一个或多个计算机（包括监视模块）或其他设备执行的计算机可用数据和计算机可执行指令中，诸如在一个或多个程序模块中。通常，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，当它们被计算机或其他设备中的处理器执行时，执行特定任务或实现特定的抽象数据类型。计算机可执行指令可以存储在计算机可读介质上，所述计算机可读存储介质例如是硬盘、光学盘、可移除存储介质、固态存储器、ram等。如本领域技术人员将会领会的，可以在各示例中按照期望组合或分配程序模块的功能。此外，可以在固件或硬件等同物中整体地或部分地体现功能，所述固件或硬件等同物例如是集成电路、现场可编程门阵列（fpga）等等。特定数据结构可以用于更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且在本文中描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围中设想到此类数据结构。

本公开的方面利用各种修改和以可替代形式操作。具体方面已经作为举例在附图中被示出，并下面在本文中被详细地描述。然而，应当指出，出于讨论清楚性的目的呈现了本文中公开的示例，并且本文中公开的示例不意图将公开的一般概念的范围限制为本文所描述的具体示例，除非明确地限制。这样，本公开意图涵盖依据附图和权利要求所描述的方面的全部修改、等同物以及替代物。

在说明书中对实施例、方面、示例等的引用指示所描述的项目可以包括特定的特征、结构或特性。然而，每个公开的方面可以或可以不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，除非特别地指出，这样的短语不一定指代相同的方面。此外，当结合特定的方面描述特定的特征、结构或特性时，可以结合另一公开的方面采用这样的特征、结构或特性，无论这样的特征是否结合这样的其他公开的方面被明确地描述。

在一些情况中，可以在硬件、固件、软件中或其任何组合中实现公开的方面。也可以将公开的方面实现为一个或多个计算机可读介质承载的或在一个或多个计算机可读介质上存储的指令，其可以由一个或多个处理器读取并且执行。此类指令可以被称作计算机程序产品。如本文中讨论的计算机可读介质意指可以由计算设备访问的任何介质。作为举例而并非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。

计算机存储介质意指可以用于存储计算机可读信息的任何介质。作为举例而并非限制，计算机存储介质可以包括随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、闪速存储器或其他存储器技术、致密盘只读存储器（cd-rom）、数字视频盘（dvd），或其他光学盘存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储器设备，以及以任何技术实现的任何其他易失性或非易失性、可移除或非可移除的介质。计算机存储介质排除信号本身和信号传输的暂时形式。

通信介质意指可以用于计算机可读信息的通信的任何介质。作为举例而并非限制，通信介质可以包括同轴电缆、光纤电缆、空气，或适于电、光学、射频（rf）、红外、声学或其他类型信号的通信的任何其他介质。

示例

下面提供本文公开的技术的说明性示例。所述技术的实施例可以包括下面描述示例中的任何一个或多个，以及示例的任何组合。

示例1包括一种测试和测量探针，包括：包括可变并联电阻器的分压器电路；具有输入和输出的放大器，所述输入耦合到分压器电路；以及耦合到放大器的输出的可变串联电阻器。

示例2包括示例1的测试和测量探针，其中分压器电路不包括并联电容器。

示例3包括示例1-2中任何一个的测试和测量探针，其中分压器电路包括并联静电敏感设备（esd）二极管。

示例4包括示例1-3中任何一个的测试和测量探针，其中分压器电路包括并联二极管。

示例5包括示例4的测试和测量探针，其中并联二极管是偏置的变容二极管。

示例6包括示例4-5中任何一个的测试和测量探针，进一步包括：温度传感器；以及耦合到温度传感器和并联二极管的调节电路，所述调节电路被配置为基于温度偏置并联二极管。

示例7包括一种测试和测量探针，包括：信号通道，其包括具有串联寄生电容的输入串联电阻器；耦合到信号通道的放大器，所述放大器具有并联寄生电容；耦合到信号通道和地的可变并联电阻器，所述可变并联电阻器被设置为减小跨信号通道的电压并匹配与串联寄生电容和输入串联电阻器以及并联寄生电容和可变并联电阻器相关联的电阻电容（rc）值；以及耦合到放大器的可变串联电阻器，所述可变串联电阻器被设置为调整与可变并联电阻器相关联的衰减变化。

示例8包括示例7的测试和测量探针，其中可变并联电阻器和输入串联电阻器充当分压器电路，并且所述分压器电路不包括并联电容器。

示例9包括示例8的测试和测量探针，其中所述测试和测量探针经由信号通道将加载电容应用到被测设备（dut），并且其中通过从分压器电路省略并联电容器而减小所述加载电容。

示例10包括示例7-9中任何一个的测试和测量探针，进一步包括耦合到信号通道的并联静电敏感设备（esd）二极管，所述esd二极管用于保护放大器免受跨信号通道的静电放电的影响。

示例11包括示例10的测试和测量探针，其中esd二极管包括随温度变化的电容，其抵消与放大器的并联寄生电容相关联的随温度变化的电容。

示例12包括示例7-11中任何一个的测试和测量探针，进一步包括耦合到信号通道和地的并联二极管，所述并联二极管被偏置以支持匹配与串联寄生电容和并联寄生电容相关联的rc值。

示例13包括示例12的测试和测量探针，其中并联二极管是变容二极管。

示例14包括示例12-13中任何一个的测试和测量探针，进一步包括：用于测量温度的温度传感器；以及耦合到温度传感器和并联二极管的调节电路，所述调节电路被配置为基于温度偏置并联二极管。

示例15包括一种校准测试和测量探针的方法，包括：设置测试和测量探针的分压器电路中的可变并联电阻器以平坦化测试和测量探针的频率响应；以及设置测试和测量探针的信号通道中的可变串联电阻器以减轻与可变并联电阻器设置相关联的衰减变化。

示例16包括示例15的方法，其中平坦化测试和测量探针的频率响应导致匹配与电阻和寄生电容相关联的电阻电容（rc）值，所述电阻和寄生电容与测试和测量探针的分压器电路和放大器相关联。

示例17包括示例15-16中任何一个的方法，进一步包括设置分压器电路中的并联二极管的偏置以减轻测试和测量探针的随温度变化的电容。

示例18包括示例15-17中任何一个的方法，其中设置可变并联电阻器以平坦化测试和测量探针的频率响应不包括调整可变电容器。

示例19包括示例15-18中任何一个的方法，其中分压器电路不包括并联电容器。

示例20包括示例15-19中任何一个的方法，其中分压器电路包括具有随温度变化的电容的并联静电敏感设备（esd）二极管，所述随温度变化的电容抵消与测试和测量探针的放大器相关联的随温度变化的电容。

所公开主题的先前描述示例具有已经被描述或对于本领域普通技术人员而言将清楚的很多优势。即使如此，不是在所公开的装置、系统或方法的所有版本中都要求所有这些优势或特征。

此外，本撰写的描述参考特定特征。要理解，在本说明书中的公开包括那些特定特征的所有可能组合。在特定方面或示例的上下文中公开特定特征的情况下，该特征也可以在其他方面和示例的上下文中在可能的范围内使用。

而且，当在本申请中参考具有两个或更多限定的步骤或操作的方法时，可以以任何顺序或同时施行所述限定的步骤或操作，除非上下文排除那些可能性。

虽然出于说明的目的已经说明和描述了本公开的具体示例，将理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种修改。因此，本公开不应受除了所附权利要求书之外的限制。