專利名稱：一種具有小輸入電容的有源差分探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量、測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種有源差分探頭，更特別是一種具有小輸入電容的有源差分探頭。
背景技術(shù)：
在測試測量領(lǐng)域中，探頭是用來連接被測電路與測量儀器，采集被測信號并傳輸給測量儀器的設(shè)備。探頭在其頻帶內(nèi)需要能夠不失真的檢測信號，并不對被測電路或信號產(chǎn)生不利影響。這需要探頭具有較大的輸入電阻和較小的輸入電容，高輸入電阻和小輸入電容能夠從被測電路中分出很小的電流，減小對被測電路的影響，輸入電阻需要比被測電路本身的電阻大很多，而越小的輸入電容則對高頻信號的影響越小。因此，設(shè)計(jì)出具有高輸入電阻和小輸入電容的探頭具有十分重要的意義。目前，一般示波器的無源探頭都具有很高的輸入電阻，當(dāng)信號為直流時(shí)，輸入阻抗很高，能夠很好的完成低頻信號檢測任務(wù)。但是，這種無源探頭的輸入電容和探頭線的長度以及探頭尖電路的設(shè)計(jì)有關(guān)，因此很難做的非常小，一般大于10pF。由于其較大的輸入電容，當(dāng)頻率升高時(shí)，其阻抗急劇下降，對高頻信號的檢測造成影響。而且，無源探頭一般使用具有大電阻的阻尼線纜來減小線纜的電容影響，然而阻尼線對高頻信號的損耗比較大。上述兩點(diǎn)問題極大的限制了無源探頭的檢測帶寬。由于無源探頭在檢測高頻信號中所存在的問題，因此又出現(xiàn)了有源差分探頭。如申請?zhí)枮镃N200910237397.5中國公開專利文件就公開了一種有源差分電壓探頭100，結(jié)合參考圖1，所述有源差分電壓探頭包括手柄端101、同軸線、探頭放大模塊102，探頭尖連接兩個(gè)手柄段的輸入端IN+和IN-，用來連接被測電路，獲取被測信號，而探頭放大模塊102的輸出端則通過同軸線3將信號輸出至示波器。輸入端IN+連接有阻尼電阻R1P，輸入端IN-連接有阻尼電阻R1N。該阻尼電阻RlP與電阻R2P、電容ClP并聯(lián)構(gòu)成的RC分壓電路相串聯(lián)。該阻尼電阻RlN與電阻R2N、電容ClN并聯(lián)構(gòu)成的RC分壓電路相串聯(lián)。該電阻R2P、電容ClP并聯(lián)構(gòu)成的RC分壓電路的另一端連接于手柄正極輸出端。該電阻R2N、電容ClN并聯(lián)構(gòu)成的RC分壓電路的另一端連接于手柄負(fù)極輸出端。手柄正極輸出端通過同軸線I與探頭放大模塊102正極輸入端相連。手柄負(fù)極輸出端通過同軸線2與探頭放大模塊102負(fù)極輸入端相連。為了保證有源差分探頭的正負(fù)輸入對稱，一般設(shè)計(jì)時(shí)取RlP = RlN, R2P = R2N，C1P=ClN0上述結(jié)構(gòu)的有源差分電壓探頭，差分信號由輸入端IN+和IN-輸入。電阻RlP和RlN為阻尼電阻，用于減小探頭和被測電路之間引線電感帶來的振蕩。R2P、C1P和R2N、C1N構(gòu)成了差分探頭的輸入電阻和輸入電容。上述公開文件中還介紹了多種探頭放大模塊的實(shí)現(xiàn)方式，圖1中的結(jié)構(gòu)僅是其一種實(shí)現(xiàn)方式。但探頭放大模塊的核心都是由放大器構(gòu)成，由于放大器的正負(fù)輸入端虛短，只有共模信號，可以看成差模地，因此探頭的輸入電容包括電路中的電容C1P、C1N，還包括由電路板設(shè)計(jì)時(shí)的寄生電容。寄生電容包括輸入端IN+和IN-對地的寄生電容，各元器件對地的寄生電容，探頭放大器輸入端對地的寄生電容等，因此寄生電容始終存在，且兩路寄生電容由于PCB設(shè)計(jì)、元件封裝等而不盡一致。因此，需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)電容C1P、C1N。由于電容C1P、C1N非常小，一般小于lpF，采用貼片電容實(shí)現(xiàn)，即使米用市場上現(xiàn)有的聞精度聞Q電容，受:限于器件本身，其最聞精度A檔也只能實(shí)現(xiàn)±0.05pF，在寄生電容始終存在的情況下難以實(shí)現(xiàn)兩路輸入電容的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有小輸入電容的有源差分探頭，輸入電容采用兩個(gè)電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)較小的輸入電容，同時(shí)保持探頭兩路輸入電容良好的
一致性。本發(fā)明所述的一種具有小輸入電容的有源差分探頭，包括:兩個(gè)探頭輸入端子和一個(gè)具有雙輸入端的差分探頭放大模塊，每個(gè)所述探頭輸入端子與所述差分探頭放大模塊的一個(gè)輸入端之間包括串聯(lián)連接的一個(gè)阻尼電阻和一個(gè)RC并聯(lián)電路；所述RC并聯(lián)電路由設(shè)置在一個(gè)絕緣基板上的一個(gè)輸入電阻和輸入電容并聯(lián)連接構(gòu)成；所述輸入電容設(shè)置在所述絕緣基板頂層，包括依次安裝在一個(gè)第一過孔和一個(gè)第二過孔之間且串聯(lián)連接的第一輸入電容和第二輸入電容；所述第一輸入電容的輸入端通過所述第一過孔與對應(yīng)的阻尼電阻連接，所述第一輸入電容的輸出端與所述第二輸入電容的輸入端連接，所述第二輸入電容的輸出端通過所述第二過孔與所述差分探頭放大模塊的對應(yīng)輸入端連接；所述輸入電阻連接在所述第一過孔和第二過孔之間，且安裝在所述絕緣基板底層的與所述兩個(gè)輸入電容相對的位置上。本發(fā)明的輸入電容通過采用兩個(gè)電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)其中一個(gè)電容的電容值可以實(shí)現(xiàn)對輸入電容的微調(diào)，易于保證探頭兩路輸入電容的一致性；同時(shí)為了減小走線電感和探頭的體積，將輸入電阻設(shè)置在絕緣基板底層的與輸入電容相對的位置上，通過過孔連接輸入電阻和輸入電容。作為一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述輸入電阻與所述第一過孔之間的距離小于等于所述輸入電阻與所述第二過孔之間的距離。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述輸入電阻與所述第一過孔之間的距離小于所述輸入電阻與所述第二過孔之間的距離。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述輸入電容為貼片電容。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述兩個(gè)輸入電容中的一個(gè)輸入電容的電容值大于等于另一個(gè)輸入電容的電容值的兩倍。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述兩個(gè)輸入電容中的一個(gè)輸入電容的電容值大于等于另一個(gè)輸入電容的電容值的兩倍，且小于等于所述另一個(gè)輸入電容的電容值的十倍。
作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述兩個(gè)輸入電容中的電容值小的一個(gè)輸入電容為所述第一輸入電容，所述兩個(gè)輸入電容中的電容值大的一個(gè)輸入電容為所述第二輸入電容。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述第一輸入電容取值0.2pF，所述第二輸入電容取值0.4pF—lpF。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述第一輸入電容取值為0.2pF，所述第二輸入電容取值為0.6pF。作為又一種舉例說明，本發(fā)明所述的有源差分探頭中，所述輸入電阻為貼片電阻。本發(fā)明提供的具有小輸入電容的有源差分探頭實(shí)現(xiàn)了探頭的小輸入電容，同時(shí)也使探頭的兩路輸入電容的一致性良好，使得不同的探頭之間一致性良好，且易于生產(chǎn)，成本低。


圖1是背景技術(shù)中的現(xiàn)有技術(shù)公開的有源差分探頭100的電路原理圖；圖2是本發(fā)明的有源差分探頭200的電路原理圖；圖3是本發(fā)明的有源差分探頭200的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的有源差分探頭200的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參考圖2，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種有源差分探頭200，所述有源差分探頭200包括兩個(gè)探頭輸入端子IN+、IN-和一個(gè)差分探頭放大模塊202，在每一個(gè)探頭輸入端子和差分探頭放大模塊202的一個(gè)輸入端之間分別設(shè)置有一個(gè)阻尼電阻Rll和R21，兩個(gè)輸入電容C11、C12和C21、C22，一個(gè)輸入電阻R12和R22 ;輸入端子IN+連接阻尼電阻Rll的一端，阻尼電阻Rll的另一端分別連接輸入電容Cl I和輸入電阻R12，輸入電容Cl I的另一端連接輸入電容C12，輸入電容C12和輸入電阻R12的另一端共同通過同軸線連接到差分探頭放大模塊202的一個(gè)輸入端；輸入端子IN-連接阻尼電阻R21的一端，阻尼電阻R21的另一端分別連接輸入電容C21和輸入電阻R22，輸入電容C21的另一端連接到輸入電容C22，輸入電容C22和輸入電阻R22的另一端通過同軸線共同連接到差分探頭放大模塊202的另一個(gè)輸入端；兩個(gè)探頭輸入端子IN+和IN-分別可以連接探頭的探頭尖，而差分探頭放大模塊202的輸出端則通過同軸線連接示波器等測量儀器。在本實(shí)施例中，為了保證有源差分探頭的正負(fù)輸入對稱，設(shè)計(jì)時(shí)取Rll = R2LR12=R22, Cll = C21,C12 = C22 ;所述兩個(gè)阻尼電阻Rll、R21和兩個(gè)輸入電阻R12、R22均采用貼片電阻實(shí)現(xiàn)，貼片電阻體積小，高頻性能優(yōu)越，不會增加探頭手柄段的體積，也適應(yīng)高頻需求；所述四個(gè)輸入電容CU、C12、C21、C22均采用貼片電容實(shí)現(xiàn)，貼片電容易于實(shí)現(xiàn)高精度高Q值，其最高精度A檔能夠?qū)崿F(xiàn)±0.05pF,且體積小，易于PCB設(shè)計(jì)。作為一種變形，所述阻尼電阻Rll和R21也可以采用引線電阻，還可以采用繞線電阻，還可以采用碳膜電阻等。
作為一種變形，所述輸入電阻R12和R22也可以采用引線電阻，還可以采用繞線電阻，還可以采用碳膜電阻等。作為一種變形，所述輸入電容C11、C12、C2UC22也可以采用插件電容實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，將兩個(gè)阻尼電阻Rl I和R21、兩個(gè)輸入電阻Rl2和R22、四個(gè)輸入電容C11、C12、C21、C22設(shè)置在一個(gè)絕緣基板上，本實(shí)施例中所述絕緣基板采用雙面PCB板，作為有源差分探頭200的手柄端。由于探頭輸入端子IN+、IN-和差分探頭放大模塊202之間的兩路輸入線路完全相同，本實(shí)施例以探頭輸入端子IN+所在的一路為例進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，結(jié)合參考圖3，在所述PCB板201上安裝所述阻尼電阻Rl 1、第一輸入電容Cll和第二輸入電容C12，并在所述阻尼電阻Rll和所述第一輸入電容Cll之間設(shè)置第一過孔203，在所述第二輸入電容C12另一側(cè)設(shè)置第二過孔204，使得所述第一輸入電容Cll和第二輸入電容C12依次設(shè)置在所述第一過孔203和所述第二過孔204之間。所述第一過孔203和所述第二過孔204在所述PCB板201的頂層和底層上分別設(shè)置焊盤作為接線端，所述第一輸入電容Cll的左側(cè)輸入端和所述阻尼電阻Rll分別通過走線連接到第一過孔203的頂層焊盤，所述第一輸入電容Cll的右側(cè)輸出端通過走線連接所述第二輸入電容C12的左側(cè)輸入端，所述第二輸入電容C12的右側(cè)輸出端通過走線連接到所述第二過孔204的頂層焊盤，而所述差分探頭放大模塊202則通過同軸線也連接到所述第二過孔204的頂層焊盤，這樣設(shè)置可以盡可能的減小各元器件之間的走線，進(jìn)而減小寄生電容、寄生電感等的影響。作為一種變形，結(jié)合參考圖4，所述阻尼電阻Rll可以不設(shè)置在所述PCB板201上，而作為單獨(dú)器件存在，在所述PCB板201上設(shè)置一焊接點(diǎn)205，將所述阻尼電阻Rll通過連接線206連接到所述焊接點(diǎn)205，然后再連接到所述第一過孔203。作為又一種變形，所述阻尼電阻RlI可以與所述第一過孔203位于所述PCB板201頂層的焊盤連接，進(jìn)而連接所述輸入電容Cll與所述輸入電阻R12 ;也可以與所述第一過孔203位于所述PCB板201底層的焊盤連接，進(jìn)而連接所述輸入電容Cl I與所述輸入電阻R12。作為又一種變形，所述差分探頭放大模塊202的輸入端通過同軸線可以和所述第二過孔204位于所述PCB板201頂層的焊盤連接，進(jìn)而連接所述輸入電容Cll與所述輸入電阻R12 ;也可以與所述第二過孔204位于所述PCB板201底層201的焊盤連接，進(jìn)而連接所述輸入電容Cll與所述輸入電阻R12。作為又一種變形，所述絕緣基板也可以采用四層PCB板，還可以采用六層PCB板，還可以采用更多層的PCB板實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，所述輸入電阻R12采用貼片電阻實(shí)現(xiàn)，所述輸入電阻R12連接在所述第一過孔203和第二過孔204之間，安裝在所述PCB板201底層的與所述第一輸入電容Cl I和所述第二輸入電容C12相對的位置上，所述輸入電阻R12通過走線與第一過孔203和第二過孔204底層上的設(shè)置的焊盤連接，且所述輸入電阻R12和所述第一過孔203之間的距離Hl小于所述輸入電阻R12和所述第二過孔204之間的距離H2。即盡可能減小所述輸入電阻R12和所述第一過孔203之間的走線距離，這樣做能夠有效的減小走線電感、寄生電容等問題。作為一種變形，所述輸入電阻R12和所述第一過孔203之間的距離Hl也可以等于或者大于所述輸入電阻R12和所述第二過孔204之間的距離H2。相對于Hl小于H2的方案，Hl等于或大于H2的方案會增大寄生電感，一定程度的影響阻尼電阻的作用，會給高頻信號的響應(yīng)帶來一定的震蕩。在本實(shí)施例中，所述第一輸入電容Cll取值為0.2pF，所述第二輸入電容C12取值為0.6pF，串聯(lián)后的輸入電容為0.15pF，結(jié)合所述有源差分探頭200的寄生電容，可以計(jì)算測量出實(shí)際的輸入電容。所述第一輸入電容Cll電容值小,其產(chǎn)生的寄生電感小，寄生電阻小，對所述阻尼電阻Rll的影響小。作為一種變形，當(dāng)所述第一輸入電容Cll取值為0.2pF時(shí)，所述第二輸入電容C12的取值也可以為0.4pF、0.5pF、0.7pF、0.8pF、0.9pF、lpF，結(jié)合參考表1，可以得到所述第一輸入電容Cll與所述第二輸入電容C12串聯(lián)后的總的輸入電容的值，在所述有源差分探頭200的寄生電容由于PCB設(shè)計(jì)、元器件封裝等而不同時(shí)，通過調(diào)整所述第二輸入電容C12，結(jié)合A檔的輸入電容的誤差±0.05pF，可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)際的有源差分探頭200的輸入電容的微調(diào)，進(jìn)而使得所述有源差分探頭200的兩路輸入電容實(shí)現(xiàn)良好的一致性，進(jìn)而使得不同的探頭之間實(shí)現(xiàn)良好的一致性。
權(quán)利要求
1.一種具有小輸入電容的有源差分探頭，包括: 兩個(gè)探頭輸入端子和一個(gè)具有雙輸入端的差分探頭放大模塊，每個(gè)所述探頭輸入端子與所述差分探頭放大模塊的一個(gè)輸入端之間包括串聯(lián)連接的一個(gè)阻尼電阻和一個(gè)Re并聯(lián)電路； 所述RC并聯(lián)電路由設(shè)置在一個(gè)絕緣基板上的一個(gè)輸入電阻和輸入電容并聯(lián)連接構(gòu)成； 其特征在于: 所述輸入電容設(shè)置在所述絕緣基板頂層，包括依次安裝在一個(gè)第一過孔和一個(gè)第二過孔之間且串聯(lián)連接的第一輸入電容和第二輸入電容； 所述第一輸入電容的輸入端通過所述第一過孔與對應(yīng)的阻尼電阻連接，所述第一輸入電容的輸出端與所述第二輸入電容的輸入端連接，所述第二輸入電容的輸出端通過所述第二過孔與所述差分探頭放大模塊的對應(yīng)輸入端連接； 所述輸入電阻連接在所述第一過孔和第二過孔之間，且安裝在所述絕緣基板底層的與所述兩個(gè)輸入電容相對的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述輸入電阻與所述第一過孔之間的距離小于等于所述輸入電阻與所述第二過孔之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述輸入電阻與所述第一過孔之間的距離小于所述輸入電阻與所述第二過孔之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述輸入電容為貼片電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述兩個(gè)輸入電容中的一個(gè)輸入電容的電容值大于等于另一個(gè)輸入電容的電容值的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述兩個(gè)輸入電容中的一個(gè)輸入電容的電容值大于等于另一個(gè)輸入電容的電容值的兩倍，且小于等于所述另一個(gè)輸入電容的電容值的十倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述兩個(gè)輸入電容中的電容值小的一個(gè)輸入電容為所述第一輸入電容，所述兩個(gè)輸入電容中的電容值大的一個(gè)輸入電容為所述第二輸入電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有源差分探頭，其特征在于 所述第一輸入電容取值0.2pF，所述第二輸入電容取值0.4pF—lpF。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述第一輸入電容取值為0.2pF，所述第二輸入電容取值為0.6pF。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的有源差分探頭，其特征在于: 所述輸入電阻為貼片電阻。
全文摘要
一種具有小輸入電容的有源差分探頭，包括兩個(gè)探頭輸入端子和一個(gè)具有雙輸入端的差分探頭放大模塊，每個(gè)探頭輸入端子與差分探頭放大模塊的一個(gè)輸入端之間包括串聯(lián)連接的一個(gè)阻尼電阻和一個(gè)RC并聯(lián)電路；RC并聯(lián)電路由設(shè)置在絕緣基板上的輸入電阻和輸入電容并聯(lián)連接構(gòu)成；所述輸入電容設(shè)置在所述絕緣基板頂層，包括依次安裝在一個(gè)第一過孔和一個(gè)第二過孔之間且串聯(lián)連接的第一輸入電容和第二輸入電容；所述輸入電阻連接在所述第一過孔和第二過孔之間，且安裝在所述絕緣基板底層的與所述兩個(gè)輸入電容相對的位置上。本發(fā)明通過采用兩個(gè)電容串聯(lián)作為輸入電容，實(shí)現(xiàn)了較小的輸入電容，同時(shí)也保證了探頭的兩路輸入電容良好的一致性。
文檔編號G01R1/067GK103185817SQ20111044837
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者史慧, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司