一种测量设备和测量方法与流程

本申请涉及有源差分探头，具体涉及一种测量设备和测量方法。

背景技术：

1、探头是起到连接示波器和被测电路的作用，随着被测信号的频率越来越高，对探头的性能要求也越来越高。其中，探头的输入电容是探头的重要参数，输入电容越小，探头负载效应则越小，更能真实还原被测高频信号。目前，500mhz带宽以下的无源探头的输入电容一般是10pf左右，1ghz以上的有源探头的输入电容一般小于2pf，5ghz以上的有源探头的输入电容已经到ff级别（1ff=10e-15f）。并且，差分探头的输入电容模型比单独探头的输入电容模型更加复杂，如图1和图2所示，图1示出了单端探头的输入电容模型，其中cin为单端探头的输入电容，in为单端探头的输入端，图2示出了差分探头的输入电容模型，其包括第一电容cx、第二电容cy1和第三电容cy2。

2、对于现有的电容测量设备，万用表和fluke信号源均具有电容测量功能，但都无法测量到ff级别的电容，且由于差分探头的输入电容模型的复杂度，使得万用表和fluke信号源也不能直接测量差分探头的输入电容。

3、综上，有源差分探头的输入电容的测量给生产过程中带来巨大的挑战。

技术实现思路

1、本申请提供了一种测量设备和测量方法。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种测量设备，用于测量有源差分探头的输入电容，所述测量设备包括：

3、开关组件，具有3种开关状态，在每种开关状态下，所述开关组件用于分别对所述有源差分探头的输入电容模型中的第一电容、第二电容和第三电容中的一个进行短路；其中，在每种开关状态下，所述开关组件具有不同的寄生电容；

4、测试装置，用于在所述开关组件的每种开关状态下，测量所述开关组件和所述有源差分探头的总输入电容；

5、处理器，用于获取在所述开关组件的每种开关状态下所述测试装置测量的总输入电容，根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容。

6、在一种实施例中，所述开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分别具有对应的第一端和第二端，在开关闭合时，对应的第一端和第二端相连接，在开关断开是，对应的第一端和第二端断开；

7、所述第一开关的第一端和所述第三开关的第一端用于连接所述测试装置的输入端，所述第一开关的第二端和所述第三开关的第二端连接至公共端t1；所述第二开关的第一端和第四开关的第一端连接参考地，所述第二开关的第二端和所述第四开关的第二端连接公共端t2；所述公共端t1用于连接所述有源差分探头的差分输入p端，所述公共端t2用于连接所述有源差分探头的差分输入n端。

8、在一种实施例中，所述第一电容为所述有源差分探头的差分输入p端和差分输入n端之间的电容；所述第二电容为所述有源差分探头的差分输入p端和参考地之间的电容；所述第三电容为所述有源差分探头的差分输入n端和参考地之间的电容。

9、在一种实施例中，所述开关组件的3种开关状态为第一开关状态、第二开关状态和第三开关状态；

10、所述第一开关状态用于短路所述第一电容，所述第二开关状态用于短路所述第三电容，所述第三开关状态用于短路所述第二电容。

11、在一种实施例中，所述第一开关状态为所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第三开关闭合，所述第四开关断开；

12、所述第二开关状态为所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第三开关断开，所述第四开关闭合；

13、所述第三开关状态为所述第一开关断开，所述第二开关闭合，所述第三开关闭合，所述第四开关断开。

14、在一种实施例中，所述处理器根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容包括：

15、根据以下表达式计算所述有源差分探头的输入电容：

16、cin= -0.5a+b+c-(b-c)2/2a

17、其中，cin表示有源差分探头的输入电容；a= (ca-c1)/2,b= (cb-c2)/2,c= (cc-c3)/2, ca表示第一开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，cb表示第二开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，cc表示第三开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，c1表示第一开关状态对应的寄生电容，c2表示第二开关状态对应的寄生电容，c3表示第三开关状态对应的寄生电容。

18、在一种实施例中，所述测试装置为矢量网络分析仪。

19、根据第二方面，一种实施例中提供一种测量方法，用于对有源差分探头的输入电容进行测量，包括：

20、在连接所述有源差分探头之前，采用测试装置测量开关组件在不同开关状态下的寄生电容；其中，所述开关组件具有3种开关状态，在每种开关状态下，所述开关组件用于分别对有源差分探头的输入电容模型中的第一电容、第二电容和第三电容中的一个进行短路；

21、将所述有源差分探头连接至所述开关组件，控制开关组件切换至不同的开关状态，在每种开关状态下，采用所述测试装置测量所述开关组件和所述有源差分探头的总输入电容；

22、根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容。

23、在一种实施例中，所述开关组件的3种开关状态为第一开关状态、第二开关状态和第三开关状态；

24、所述第一开关状态用于短路所述第一电容，所述第二开关状态用于短路所述第三电容，所述第三开关状态用于短路所述第二电容。

25、在一种实施例中，所述处理器根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容包括：

26、根据以下表达式计算所述有源差分探头的输入电容：

27、cin= -0.5a+b+c-(b-c)2/2a

28、其中，cin表示有源差分探头的输入电容；a= (ca-c1)/2,b= (cb-c2)/2,c= (cc-c3)/2, ca表示第一开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，cb表示第二开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，cc表示第三开关状态对应的所述测试装置测量的总输入电容，c1表示第一开关状态对应的寄生电容，c2表示第二开关状态对应的寄生电容，c3表示第三开关状态对应的寄生电容。

29、依据上述实施例的测量设备和测量方法，测量设备包括开关组件、测试装置和处理器，采用测试装置测量开关组件在不同开关状态下的寄生电容，将有源差分探头连接至开关组件，控制开关组件切换至不同的开关状态，在每种开关状态下，采用测试装置测量开关组件和有源差分探头的总输入电容，最后根据每种开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算有源差分探头的输入电容，由此，实现了准确、自动、快速对有源差分探头的输入电容的测量。

技术特征：

1.一种测量设备，用于测量有源差分探头的输入电容，其特征在于，所述测量设备包括：

2.如权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分别具有对应的第一端和第二端，在开关闭合时，对应的第一端和第二端相连接，在开关断开是，对应的第一端和第二端断开；

3.如权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述第一电容为所述有源差分探头的差分输入p端和差分输入n端之间的电容；所述第二电容为所述有源差分探头的差分输入p端和参考地之间的电容；所述第三电容为所述有源差分探头的差分输入n端和参考地之间的电容。

4.如权利要求3所述的测量设备，其特征在于，所述开关组件的3种开关状态为第一开关状态、第二开关状态和第三开关状态；

5.如权利要求4所述的测量设备，其特征在于，所述第一开关状态为所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第三开关闭合，所述第四开关断开；

6.如权利要求5所述的测量设备，其特征在于，所述处理器根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容包括：

7.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述测试装置为矢量网络分析仪。

8.一种测量方法，用于对有源差分探头的输入电容进行测量，其特征在于，所述测量方法应用于如权利要求1至7中任一项所述的测量设备；所述测量方法包括：

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述开关组件的3种开关状态为第一开关状态、第二开关状态和第三开关状态；

10.如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述根据每种所述开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算所述有源差分探头的输入电容包括：

技术总结
一种测量设备和测量方法，测量设备包括开关组件、测试装置和处理器，采用测试装置测量开关组件在不同开关状态下的寄生电容，将有源差分探头连接至开关组件，控制开关组件切换至不同的开关状态，在每种开关状态下，采用测试装置测量开关组件和有源差分探头的总输入电容，最后根据每种开关状态对应的总输入电容和每种开关状态对应的寄生电容，计算有源差分探头的输入电容，由此，实现了准确、自动、快速对有源差分探头的输入电容的测量。

技术研发人员：曾显华,林辉浪,刘思军
受保护的技术使用者：深圳市鼎阳科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15