[發明專利]具有衰減功能的探頭、信號采集系統和方法

有效

• 申請號: 201210088619.3
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103364599B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 嚴波;史慧;王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: G01R1/067
• 分類號: G01R1/067
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王學強

技術領域

本發明涉及測量、測試技術領域，特別是涉及一種具有衰減功能的探頭、一種信號采集系統和一種信號采集方法。

背景技術

在測量、測試領域中，探頭是一種為顯示電變量的測量設備(如示波器、數據采集卡、邏輯分析儀等)而采集信號的裝置，它將從被測電路采集到的信號輸入到測量設備中。

探頭在規定的頻段內應該有盡量平坦的頻率響應，即在規定的頻段內衰減比例的變化應該盡量小，頻率響應越平坦則探頭的精度越高。探頭在規定的頻段內還應該有盡量高的輸入阻抗和盡量低的輸入電容，高輸入阻抗和低輸入電容給被測電路引入的負載輕，對被測電路的干擾小。

探頭電纜的寄生電容限制了輸入電容的最小值，不容易減小。

參考圖1，是一種現有探頭100，包括依次串聯的探頭尖電阻Rt、RC并聯電路和同軸線130，所述同軸線130的另一端連接到測試設備150，所述同軸線130和測試設備150之間的線路上還設有一個連接點，所述連接點與公共端子COM之間串聯有電容Cs和電阻Rs，其中所述電容Cs是可調電容。所述RC并聯電路包括并聯連接的電容Cc、電阻Rc和開關S。

所述探頭100通過閉合或打開開關S來改變衰減比。為了改善頻響平坦度，探頭100設有補償微調調整端子，即調節電容Cs。調整探頭補償時先連好探頭100和測試設備150，并將探頭100接入一個校正信號，手工旋動補償微調調整端子，使得測試設備150上看到的波形沒有過補償和欠補償的現象，即使得探頭頻響最佳。

所述探頭100可以實現1倍或10倍的衰減比，即一般探頭中標注的×1或×10。一般地，電容Cs的范圍為21pF～31pF，測試設備150的輸入電容為5pF～30pF范圍，測試設備150的輸入電阻為1MΩ，電容Cc的范圍為11pF～21pF，電阻Rc為9MΩ。探頭尖電阻Rt以及電阻Rs的阻值一般在0Ω～500Ω范圍。

當開關S閉合時，探頭衰減比為1倍，即從被測電路104耦合到探頭尖電阻Rt的直流和低頻信號不經過衰減地耦合到測試設備150。忽略探頭尖電阻Rt和電阻Rs，這時被測電路104在探頭尖電阻Rt看到的探頭輸入電容近似是電容Cs和測試設備150輸入電容的并聯，在26pF～61pF范圍，這么大的輸入電容通常會對被測電路104造成顯著的影響。

當開關S斷開時，探頭衰減比為10倍，即從被測電路104耦合到探頭尖電阻Rt的直流和低頻信號經過10倍衰減后耦合到測試設備150。電阻Rc很大，可以認為開路，忽略探頭尖電阻Rt和電阻Rs，這時被測電路104在探頭尖電阻Rt看到的探頭輸入電容近似是電容Cc串聯上電容Cs和測試設備150輸入電容的并聯，該電容在11pF～21pF范圍。探頭衰減比為10倍時的輸入電容小于探頭衰減比為1倍時的輸入電容，但仍然很大。

在探頭衰減比大于1時，為了使得探頭100和測試設備150組成的測試系統的頻率響應平坦，圖1中的元件需要滿足以下關系(忽略電阻Rt和電阻Rs的影響)：

Cc·Rc＝(Cs+Ci)·Ri

其中Ci為測試設備150的輸入電容，Ri為測試設備150的輸入電阻。

當探頭的衰減比遠大于1時，探頭100的輸入電容近似等于電容Cc的大小。Ri的大小不能變，為了進一步減小Cc，需要增大Rc，即增大探頭100的衰減比。

簡單地增大Rc，會使得探頭100的直流輸入阻抗偏離10MΩ標準輸入阻抗，不符合要求。

為了解決上述問題，參考圖2，專利號為5172051的美國公開專利文件公開了另一種探頭200，包括探頭尖電阻Rt、RC并聯電路110(包括電阻Rc和電容Cc)、無損同軸電纜130、終端網絡140(包括電阻Rs3、電阻Rs2、電阻Rs1、電容Cs)。

探頭尖電阻Rt與RC并聯電路110串聯，一方面形成一個最小探頭輸入阻抗，另一方面與無損同軸電纜130的特征阻抗一起提供80％的高頻衰減。