專利名稱：在電子測試儀器中用于將輸入信道隔離的裝置和方法
技術領域：
本發明總體上涉及信號分析裝置，尤其是涉及一種用于提供電隔離的方法和設備，例如，正在進行測試的信號(SUT)和電子測試設備之間的電隔離。
背景技術：
信號捕獲設備或測試和測量設備例如數字存儲示波器(DSOs)和類似設備，通過一個或多個各自的輸入信道接收一個或多個正在進行測試的信號(SUT)。輸入信道彼此電隔離以及與測試和測量設備的底板接地相隔離是很重要的。對于具有從DC到測量設備的帶寬的頻率的信號，這樣的隔離是必需的。這樣的隔離允許將多個正在進行測試的信號提供給測量設備，并且由相同的測量設備對多個正在進行測試的信號進行分析，而不會對正在進行測試的系統/信號造成影響。
對于本領域的技術人員來說一種應用于寬帶系統中的已知的隔離方法是所謂的“雙通道方案”，其中，輸入信號被分為兩個信號；即，一個低頻輸入信號和一個高頻輸入信號。光耦合器用于低頻信號(例如在1MHz下的信號)，寬帶變壓器被用于高頻信號。遺憾的是，光耦合器的線性化實現起來既困難又昂貴，寬帶線性變壓器也很昂貴。另外，很難保證得出的被測信號的隔離的低端高頻信號成分能夠充分的完全匹配，使得可以將它們再組合以產生適合于由測試和測量設備進一步處理的“平滑”信號。
發明內容
在本發明中已經提出了現有技術中的這些和其他不足，本發明中的方法和設備采用避免“雙通道方案”以及它固有困難的方式能夠使寬帶信號隔離。在一個實施例中包括電隔離設備(隔離器)，其中，乘法器將要被電隔離的信號和載波信號混頻，以產生調制載波信號，該調制載波信號經過隔離屏障，然后被解調和濾波，從而提取出原始輸入信號。
在一個實施例中，本發明適合于一種設備，該設備包括調制器，用于將輸入信號調制到載波信號上，從而產生調制載波信號，該調制載波信號具有與之相關的第一接地基準；隔離設備，用于處理該調制信號以產生相應的調制信號，該調制信號具有與之相關的第二接地基準；解調器，用于解調相應的調制信號和相應的載波信號從而產生已解調信號；和濾波器，用于從已解調信號中恢復相應的輸入信號。
本發明的教導通過下面結合附圖所作的詳細說明可以很容易的理解，其中圖1描述了根據本發明的一個實施例的信號隔離系統的高級方框圖；圖2描述了根據本發明的實施例的方法的流程圖；圖3-6用圖表描述了幾個有助于理解本發明的波形圖。
為了便于理解，采用相同的附圖標記來指示附圖中共同采用的相同的部件。
具體實施例方式
本發明首先在測試和測量設備的范圍內進行描述，例如數字存儲示波器，模擬示波器和類似的設備。然而，所屬領域的技術人員會意識到本發明可以有利地應用于期望相當寬的帶寬信號的電隔離的任何環境中。
圖1描述根據本發明的一個實施例的信號隔離系統的高級方框圖。特別地，圖1中的系統100包括第一緩沖設備105，第一有源(active)混頻器110，第一隔離設備120，第二隔離設備130，第二有源混頻器140，第二緩沖設備145，振蕩器150和濾波器160。應注意的是，第一緩沖設備105、第一混頻器110與第二有源混頻器140、第二緩沖設備145、振蕩器150和濾波器160相互電隔離。
系統100接收差分輸入信號，并相應地產生包含隔離的或差分輸入信號相應形式的差分輸出信號。所屬領域的技術人員應該理解的是，根據本發明的教導所提示的，圖1中的系統100也可以采用非差分輸入和輸出信號來操作。然而，抗擾性和其他的因素使得差分輸入信號的使用是所希望，雖然這并不是十分必要的。
差分輸入信號被第一緩沖設備105緩沖，并被耦合到有源混頻器110。有源混頻器110運行以將已被緩沖的差分輸入信號和第一載波信號CARRIER相乘或調制，以產生已調制信號MOD。該已調制信號MOD被傳送到第二個隔離設備130的輸入部分。從第二隔離設備130的輸出部分所產生的最后的被隔離信號被耦合到第二有源混頻器140。
第二有源混頻器140接收第二載波信號CARRIER`，這個信號實質上和提供到第一有源混頻器110的第一載波信號CARRIER相同(盡管與之隔離)。第二有源混頻器140工作以解調已被隔離和調制的差分輸入信號并由此產生解調差分信號DEMOD。
解調差分信號DEMOD經由第二緩沖單元145被耦合到濾波器160。濾波器160工作以對已解調的差分信號DEMOD進行平滑濾波，并由此產生一個差分輸出信號，其具有和差分輸入信號的信號特性基本相似的信號特性。
振蕩器150產生第二載波信號CARRIER`，例如，方波，正弦波，三角波和類似的，它們具有幾十到幾百Mz范圍的頻率。該載波信號CARRIER`被直接耦合到第二有源混頻器140，并且被間接的(通過第一隔離設備120)耦合到第一有源混頻器110。因此，在這個實施例中，振蕩器150的輸出信號被用來對差分輸入信號進行初始調制，然后對得到的已被隔離和調制的差分輸入信號進行解調從而產生解調的差分信號DMOD。雖然以上描述的頻率可用在需要這利帶寬的測試和測量設備的范圍內，但是根據特殊應用可以使用更小的頻率(即1MHz以下)。
在本發明的一個實施例中，每個緩沖器105，145包括模塊AD8131緩沖器和模塊AD8343有源混頻器，這些模塊都是由位于馬薩諸塞州的諾伍德的模擬設備有限公司制造的。第一隔離器120和第二隔離器130可以包含包裝在一起的作為模塊A6801變壓器的各個脈沖變壓器，由位于加利福尼亞的圣地亞哥的脈沖工程技術有限公司提供的。第一隔離器120和第二隔離器130還可以包含有線形光耦合器，低功耗射頻(RF)發射機/接收機對(也就是天線和相應的電路)，光纖設備和類似設備。應該注意的是需要隔離的頻率相對來說是很高的，因此，象工作范圍在DC以下的線性光耦合器的光學隔離設備是不必要的，即使這類設備可以在本發明的范圍內使用。濾波器160可以包括貝塞爾濾波器，高斯濾波器，橢圓濾波器和其它類似濾波器。
在一個實施例中，振蕩器150包含一個產生方波的242.42MHz的振蕩器，濾波器包含一個200MHz的5階低通貝塞爾濾波器，第一隔離器120和第二隔離器130包含脈沖變壓器。在該實施例中，第一有源混頻器110工作以通過用±1與差分輸入信號相乘來對差分輸入信號進行調制(也就是對載波信號進行卷積操作)。利用這種方式，第一有源混頻器110產生的信號MOD包含有通過例如轉換操作而被方波相乘的差分輸入信號。在該實施例中，第二有源混頻器140工作以同步解調由第二隔離設備通過卷積而得到的已被隔離和調制的信號。
圖2描述了根據本發明的一個實施例的方法的流程圖。當調制器(例如，第一有源混頻器110)將輸入信號調制到載波信號上時，圖2的方法200進入到步驟210。參考方框215，載波信號可以包含一個正弦波，方波，鋸齒波或其它波形。
在步驟220，采用隔離設備(例如，第二隔離設備130)將經過調制的信號耦合到解調器(例如，第二有源混頻器140)。參考方框225，隔離設備可以包含一個變壓器，光耦合器，或其它的隔離設備。隔離設備是被用來確保和輸入信號相關的接地基準可以相對于與隨后的輸出信號相關的接地基準浮動(float)。
在步驟230，采用一個相應的載波信號對從隔離設備接收的隔離信號進行解調。參考方框235，依照第一有源混頻器使用的調制方案類型，被用來執行這項任務的解調器(即，第二有源混頻器140)可以包含平衡混頻器，非平衡混頻器，解碼器或其它適合的設備。
在步驟240，濾波或平滑解調信號以恢復輸入信號。參考方框245，使用的濾波或平滑函數可能包括貝塞爾濾波函數，高斯濾波函數，橢圓濾波函數或其它適當的濾波函數。
圖3用圖表描述了幾個有助于理解本發明的波形，特別地，圖3A描述了在使用正弦載波信號和輸入信號頻率低于載波信號頻率時，由第一有源混頻器110(作為平衡混頻器)產生的已調制信號MOD的波形，示出了由第一有源混頻器110產生的輸出信號MOD。圖3B描述了一個波形，用于圖解由第二有源混頻器140(作為平衡混頻器進行工作)產生的解調的信號DEMOD。圖3C描述了濾波器160產生的差分輸出信號。為了參考目的，圖3A，3B，3C中的每一個都示出了輸入信號和在描述的該點上的實際信號。
圖4用圖表描述了幾個有助于理解本發明的波形。特別地，圖4A描述了在使用方波載波信號和輸入信號的上升時間快于載波信號周期的一半的情況下的調制的信號MOD的波形。圖4B描述了對由第二有源混頻器產生的解調信號DEMOD進行圖解的波形。應該注意的是該解調信號實質上包括原始輸入信號，并且該原始輸入信號具有幾個高速的短時脈沖波形干擾410，420，該短時脈沖波形干擾410，420是在調制過程中加入到輸入信號中的。應該注意的是，由于使用了方波載波信號，該短時脈沖波形干擾410，420與輸入信號和載波信號相比具有非常高的頻率。由于該原因，簡化了濾波器160的實現。圖4C描述了一個由濾波器160產生的輸出信號。為了參考的目的，圖4A，4B，4C中的每一個都示出了一個輸入信號和在描述的該點上的實際信號。
參考圖4A，應該注意，輸入信號具有一個初始上升沿，其發生在方波載波信號的中間部分而不是在方波信號的過渡部分。注意到方波調制能夠充分地捕獲基本上所有的相位/時間信息是很重要的。相反的，由于正弦波邊沿具有相對來說受到約束的上升時間，采用正弦載波信號并不能準確的捕獲相位/時間信息。描述的附圖示出了方波載波信號相對于正弦波載波信號的優勢。除了簡化了濾波器160的實現之外，調制/解調還可以采用一個轉換技術而不是平衡的乘法技術(采用正弦波載波)來執行。
圖5采用圖表描述了幾個有助于理解本發明的波形。尤其是，圖5A描述了在使用方波載波信號和輸入信號的上升時間慢于載波信號周期的一半的情況下的調制信號MOD的波形。圖5B描述了圖示由第二有源混頻器140產生的解調信號DEMOD的波形。應該注意的是，解調信號基本上包括有原始輸入信號，該原始輸入信號具有幾個高速的短時脈沖波形干擾510，該短時脈沖波形干擾510是在調制過程中加入到輸入信號的。應該注意的是，由于使用了方波載波信號，該短時脈沖波形干擾510與輸入和載波信號相比具有非常高的頻率，從而簡化了濾波器160的實現。圖5C描述了由濾波器160產生的輸出信號。為了參考的目的，圖5A，5B，5C中的每一個都示出了一個輸入信號和在描述的該點上的實際信號。
圖6用圖表描述了幾個有助于理解本發明的波形。尤其是，圖6A描述了在使用方波載波信號并且輸入信號具有比載波信號更高頻率的情況下的調制信號MOD的波形。圖6B描述一個波形，該波形示出了由第二有源混頻器140產生的解調信號DEMOD。應該注意的是，該解調信號實質上包括有原始輸入信號，該原始輸入信號具有幾個高速的短時脈沖波形干擾610，它們是在調制過程中加入到輸入信號的。圖6C描述了由濾波器160提供的輸出信號。為了參考目的，圖6A，6B，6C中的每一個都示出了一個輸入信號和在描述的該點上的實際信號。
雖然前述的內容只涉及到了本發明提到的優選實施例，但是在不脫離本發明的基本范圍的情況下，還可得到本發明的其它和更多的實施例，該基本范圍由隨后的權利要求來限定。
權利要求
1.一種裝置，包括調制器，用于將輸入信號調制到載波信號上，并從此產生調制載波信號，該調制載波信號具有與之相關的第一接地基準；隔離器，用于處理所述的調制信號以產生相應的調制信號，該調制信號具有與之相關的第二接地基準；解調器，用于解調上述相應的調制信號和相應的載波信號并從此產生解調信號；和平滑濾波器，用于從上述解調信號中恢復相應的輸入信號。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述的調制器包括一個轉換操作，用于響應于載波信號將輸入信號與±1相乘。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述的調制器和解調器包含有平衡混頻器。
4.如權利要求1所述的設備，其中所述的隔離器包括變壓器。
5.如權利要求4所述的設備，其中所述的隔離器包含脈沖變壓器并且所述載波信號包含方波，所述方波的頻率比所述的輸入信號的頻率的兩倍還要高。
6.如權利要求1所述的設備，其中所述的隔離器至少包含線性光耦合器和光纖設備中的一個。
7.如權利要求1所述的設備，其中所述的隔離器包含射頻(RF)發射機/接收機。
8.如權利要求1所述的設備，進一步包括振蕩器，用于產生所述的載波信號；和第二隔離器，用于處理所述的載波信號用于產生所述的相應的載波信號；所述載波信號具有與之相關的所述第一接地基準；所述相應的載波信號具有與之相關的第二接地基準。
9.如權利要求1所述的設備，進一步包括振蕩器，用于產生所述的相應的載波信號；和第二隔離器，用于處理所述的相應的載波信號，以產生所述的載波信號；所述的載波信號具有與之相關的所述的第一接地基準；所述的相應的載波信號具有與之相關的所述的第二接地基準。
10.如權利要求9所述的設備，其中所述的第一和第二隔離器包括變壓器。
11.如權利要求1所述的設備，其中所述的載波和相應的載波信號分別包括具有共同預定頻率的各個方波信號。
12.如權利要求11所述的設備，其中所述的預定頻率低于輸入信號的頻率。
13.如權利要求1所述的設備，其中所述的平滑濾波器包括貝塞爾濾波器、高斯濾波器和橢圓濾波器中的至少一種。
14.一種方法，包括將輸入信號調制到載波信號上，從此產生調制載波信號，該調制載波信號具有與之相關的第一接地基準；采用隔離器將調制信號傳輸到解調器；解調被傳輸的調制信號，以此產生解調信號；和對解調信號進行濾波以恢復所述的輸入信號。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述的載波信號包含正弦波、方波和鋸齒波中的一種。
16.如權利要求14所述的方法，其中所述的隔離器包含變壓器，光隔離器和射頻(RF)發射機/接收機中的一種。
17.如權利要求14所述的方法，其中所述的調制步驟采用平衡混頻器和轉換器中的一個來執行。
18.如權利要求14所述的方法，其中所述的濾波步驟由貝塞爾濾波器、高斯濾波器和橢圓濾波器中的至少一種來實現。
19.一種測試和測量設備，包括調制器，用于將輸入信號調制到載波信號上，由此產生調制載波信號，該調制載波信號具有與之相關的第一接地基準；隔離器，用于處理所述的調制信號，以產生相應的調制信號，所述的調制信號具有與之相關的第二接地基準；解調器，用于解調所述相應的調制信號和相應的載波信號并由此產生已解調信號；平滑濾波器，用于從所述的解調信號中恢復相應的輸入信號。
全文摘要
在電子測試儀器中用于將輸入信道隔離的裝置和方法一種電隔離設備，其中要被電隔離的信號通過乘法器和載波信號相混頻，以產生調制的載波信號，該調制的載波信號通過隔離屏障然后被解調和濾波，并以此提取出原始輸入信號。
文檔編號G01R1/02GK1700021SQ200410095168
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月21日 優先權日2004年5月21日
發明者J·S·伊斯特伍德 申請人:特克特朗尼克公司