CN1815243A - 具有内部终端电压发生器的测量探头差动终端和衰减器网络 - Google Patents

Abstract

具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减网络包括与对应的电阻式衰减器电路并联的第一和第二终端电阻。连接到网络输入节点的监控电路产生表示输入节点上的直流共模电压和内部终端电压的组合的输出信号。控制电路利用内部终端电压和监控电路的输出信号产生成比例的终端电压和成比例的补偿电压以及相关联的驱动电流。成比例的终端电压和成比例的补偿电压对差动终端和衰减网络起作用，使连接到第一和第二衰减器输出端的差动放大器的动态范围最佳并且把网络输入端的直流电流降至零。内部终端电压发生器接收来自测量仪器的终端电压参数用于产生内部终端电压。

Description

具有内部终端电压发生器的测 量探头差动终端和衰减器网络

技术领域

本发明一般地涉及具有输入信号终端的差动测量探头，更准确地说，涉及用于具有直流共模电压补偿用的内部终端电压发生器的测量探头的差动终端和衰减器网络。

背景技术

高速测量***一般以与输入信号传输线的特性阻抗匹配的电阻式输入终端为特点。这样做可以把输入信号反射的问题减至最小，并提供最好的信号保真度。双50欧姆输入终端网络是高速差动***最通常的拓扑结构。虽然50欧姆输入终端通常连接到测量***接地线，但是某些应用则要求把终端连接到共模直流终端电压。测量终端网络中可调节直流终端电压的有效工作允许控制信号源(例如具有有效直流共模分量的高速串行数据信号)的直流负载。

图1是P7350SMA差动探头中使用的具有可调节直流终端电压V_TERM的终端网络10的示意表示，终端网络10是由Tektronix公司生产和销售的。直流终端电压V_TERM由外部电压源产生并连接到终端电阻器12和14的公共节点上。终端电阻12和14为50欧姆电阻器，它一般与测试中的装置的50欧姆差动源的阻抗匹配。差动输入信号经过SMA输入连接器16和18连接到终端电阻器12和14以及高阻抗衰减器20和22的输入端。高阻抗衰减器20和22的另一端连接到地电位。衰减器20和22的每一个都具有电阻式分压器，所述电阻式分压器由电阻元件24和26组成，并与由电容元件28和30组成的补偿电容式分压器并联。电阻式/电容式分压器网络的中间节点32连接到差动放大器34的倒相和非倒相输入端。

测量探头的直流终端电压V_TERM与输入信号的直流共模分量的匹配使得可以直接把输入信号连接到测量探头的输入端而不需要通过使信号源的直流负载最小而实现的交流连接。由于直流终端电压V_TERM是由外部电源提供的，因此需要测量输入直流共模电压，并且内部终端电压设置成与信号源的直流共模电压匹配。高速差动放大器34通常具有有限的输入动态范围。提供高阻抗输入衰减器20和22以便扩展高速差动放大器34的线性动态范围。衰减器20和22输出端的直流共模电压由输入信号的共模分量和终端网络的共模终端电压V_TERM两者产生。设计良好的差动测量放大器34将具有很大的共模抑制比(CMRR)，所述共模抑制比大大消除了放大器的输出信号中的直流共模电压。但是，出现在差动放大器34输入中任何非零的直流共模电压将降低放大器34的有效线性动态范围。输入信号中大的直流共模电压很容易使差动放大器34过激励，从而不可能测量通常很小的差动模信号。

对于测量探头来说，需要一种输入差动终端和衰减网络，后者具有用于产生可控终端电压的内部终端电压发生器。输入差动终端和衰减网络应该监控输入信号，并提供成比例的直流终端电压，可以调节所述直流终端电压以便产生所述输入信号源的零负载。为了所述最佳动态范围，输入差动终端和衰减网络还应该提供成比例的补偿电压，所述补偿电压提供输出到差动测量放大器的输入端的直流共模电压。所述内部终端电压发生器应当是可以从连接到测量探头的测量仪器进行控制的。

发明内容

因此本发明是一种差动终端和衰减器网络，它具有内部共模终端电压发生器和接收来自具有电源电阻的电压源的直流共模电压并连接到差动放大器的终端电压控制电路，其中所述控制电路使差动放大器的动态范围最佳。所述差动终端和衰减器网络具有第一和第二输入终端电阻，它们具有公共节点和接收来自电压源的直流共模电压的各自的网络输入节点。所述网络输入节点连接到具有公共节点的第一和第二衰减器的各自的输入节点。监控电路连接到第一和第二输入终端电阻的网络输入节点上，用于产生输出信号，所述输出信号表示输入源电阻上的直流共模电压和表示输入终端电阻上的由内部终端电压发生器产生的内部终端电压的电压的组合。相对于第一和第二输入终端电阻而言，所述监控电路最好是具有高阻抗输入端的电阻式分压器网络。控制电路接收来自内部终端电压发生器的内部终端电压和监控电路的输出信号，并产生作为内部终端电压和直流共模电压的函数的成比例的终端电压和驱动电流以及成比例的补偿电压和驱动电流。所述成比例的终端电压和驱动电流连接到第一和第二输入终端电阻的公共节点上，而所述成比例的补偿电压和驱动电流连接到第一和第二衰减器的公共节点上。所述成比例的终端电压和驱动电流以及成比例的补偿电压和驱动电流通过输入终端电阻和衰减器提供用于将网络的输入节点上的直流电流减至零的直流电流，并提供从第一和第二衰减器输出的用于使差动测量放大器的动态范围最佳的直流共模电压。

以与各自的第一和第二衰减器中的一个并联的输入终端电阻器的形式实现每一个输入终端电阻。利用第一和第二电阻器来实现所述衰减器，所述第一电阻器的一端连接到所述第一和第二输入终端电阻器中的一个，所述第一电阻器的另一端连接到衰减器的输出节点上的第二电阻器的一端，而所述第二电阻器的另一端连接成接收第一和第二衰减器的公共节点上的成比例的补偿电压。

所述成比例的终端电压和成比例的补偿电压具有比例因子，所述比例因子随第一和第二输入终端电阻器以及各自的第一和第二衰减器的第一和第二电阻器而变。所述成比例的终端电压具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供与内部终端电压成比例的第一电压，而所述第二比例因子提供与第一和第二终端电阻的输入网络节点上的直流共模电压和内部终端电压之间的差值成比例的校正电压。所述成比例的补偿电压具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供与内部终端电压成比例的第一电压，而所述第二比例因子提供与第一和第二输入终端电阻的输入网络节点上的直流共模电压和内部终端电压之间的差值成比例的校正电压。在本发明的最佳实施例中，成比例的校正电压在第一和第二衰减器的输出节点的两端产生基本上零伏的直流共模电压。

控制电路具有接收来自监控电路的输出信号和内部终端电压作为输入的校正差动放大器。所述校正差动放大器产生表示监控电路的输出信号和内部终端电压之间差值的输出信号。第一求和节点连接成接收内部终端电压和校正差动放大器的输出信号并产生表示内部终端电压的输出信号和来自校正差动放大器的输出信号的衰减后的表示。来自所述第一求和节点的输出信号连接到第一驱动放大器，所述第一驱动放大器具有用于产生成比例的终端电压的比例增益因子。第二求和节点连接成接收内部终端电压和来自校正差动放大器的输出信号并产生表示内部终端电压和来自校正差动放大器的输出信号的输出信号。来自所述第二求和节点的输出信号连接到第二驱动放大器上，所述第二驱动放大器具有用于产生成比例的补偿电压的比例增益因子。

在本发明的最佳实施例中，第一求和电路具有接收来自校正差动放大器和求和放大器的输出信号的衰减电路。所述求和放大器的输入节点连接成接收内部终端电压和来自校正差动放大器的输出信号的衰减后的表示。所述求和放大器产生表示内部终端电压的输出信号和来自校正差动放大器的输出信号的衰减后的表示。

内部共模终端电压发生器接收来自外部电源的终端电压参数并产生内部终端电压。在本发明的最佳实施例中，由主测量仪器提供终端电压参数，其中利用测量仪器的显示装置上的图形用户界面来确定终端电压参数。所述终端电压参数连接到数模转换器，数模转换器把终端电压参数变换成模拟内部终端电压。内部共模终端电压发生器的最佳实施例具有接收来自外部源的终端电压参数并产生表示内部终端电压的数字输出的微处理器。来自所述微处理器的内部终端电压的数字输出连接到数模转换器，数模转换器产生模拟的内部终端电压。缓冲放大器连接成接收模拟的内部终端电压并产生零偏移量和校准控制的内部终端电压。

当与后附的权利要求书和附图一起阅读以下详细说明时，将明白本发明的目的、优点和新颖的特征。

附图说明

图1是先有技术的输入差动终端和衰减器网络的示意图。

图2是根据本发明的具有包括输入差动终端和衰减器网络的测量探头的测量仪器的透视图，所述输入差动终端和衰减器网络具有内部终端电压发生器。

图3是根据本发明的具有内部终端电压发生器的典型的输入差动终端和衰减器网络的方框图。

图4是根据本发明的具有内部共模终端电压发生器的输入差动终端和衰减器网络中，控制电路和内部终端电压发生器的第一实施例的功能示意图。

图5是根据本发明的内部终端电压发生器的最佳实施例的示意图。

图6是测量仪器的内部终端电压发生器图形用户界面的表示。

图7是根据本发明具有内部终端电压发生器的输入差动终端和衰减器网络的最佳实施例的示意图。

具体实施方式

参考图2，图中示出测量测试仪器40，例如由Tektronix公司制造和销售的示波器TDS6804B。示波器40具有多个辅助接口42，用于将一台或多台辅助装置44(例如包括本发明的具有内部终端电压发生器输入差动终端和衰减器网络的差动测量探头)连接到示波器上。如美国专利6,629,048B1，题目为《测量测试仪器和辅助装置的相关电压测量***(Measurement Test Instrument and AssociatedVoltage Measurement System for Accessory Device)》所说明的，每一个辅助接口42都具有同轴信号输入线和电压源、时钟、数据、感测和存储器电源线，并通过引用将所述专利全面结合于本申请中。辅助接口42把来自示波器40的电压源提供给测量探头44并且提供示波器40与探头44之间的双向通信。差动测量探头44通过SMA终端的同轴电缆48连接到测试中的装置46。示波器40具有显示装置50，所述显示装置显示图形用户界面并处理来自测试中的装置46的信号。一般地说，测量测试仪器40包括面板控制器52，例如用于控制仪器设置的旋钮、按钮等。或者，可以以图形的形式产生面板控制器并将其显示在显示装置50上，并可以由用户控制。

参考图3，图中示出具有内部共模终端电压发生器61的输入差动终端和衰减器网络60的示意的方框图，其中输入差动终端和衰减器网络60被包括在差动测量探头44中。输入差动终端和衰减器网络60在输入端62和64接收来自测试中的装置46的差动输入信号IN+、IN-。可以以直流共模信号源V_CM、一对互补差动模源65和由电阻器R_S表示的差动源阻抗的形式来模拟测试中的装置46。所述输入信号连接到监控电路66以及输入终端电阻器68和70上。监控电路66检测信号源的输入直流共模电压V_CM并产生表示输入直流共模电压V_CM和表示内部终端电压V_TERM的电压的组合的输出电压V_I。监控电路66具有电阻元件72和74，后者相对于有效输入终端电阻向输入直流共模电压V_CM提供高阻抗。在最佳实施例中，电阻元件72和74具有大约5000欧姆的电阻值。电阻元件72和74在输入端62和64之间形成分压网络。成分压网络的公共节点76提供输出电压V₁，后者通过缓冲放大器78连接到控制电路80。内部共模终端电压发生器61接收来自测量仪器40的数字数据，以便产生内部终端电压V_TERM。来自内部共模终端电压发生器61的内部终端电压V_TERM连接到控制电路80。

输入终端电阻器68和70具有公共节点72，后者接收成比例的终端电压V_T和控制电路80的驱动电流I_T。每一个输入终端电阻器68和70连接到衰减器84和86的输入节点83之一，而衰减器84和86中的每一个与输入终端电阻器68和70之一并联。每一个衰减器具有串联衰减电阻器92和94以及电阻器92和94之间的输出节点96，所述输出节点96连接到差动放大器88的倒相和非倒相输入端之一。衰减器84和86具有接收来自控制电路80的成比例的补偿电压V_A和驱动电流I_A的公共节点90。控制电路80产生作为内部终端电压V_TERM和输入直流共模电压V_CM的函数的成比例的终端电压V_T和驱动电流I_T以及成比例的补偿电压V_A和驱动电流I_A。

当输入直流共模电压V_CM等于终端电压V_TERM并且各输入电源的电阻匹配时，本发明的具有内部共模终端电压发生器61的输入差动终端和衰减器网络60起把输入端62和64上的直流电流减至零的作用。此外，本发明把衰减器84和86的输出节点96上的直流共模电压设置成使用于直流共模电压V_CM和内部终端电压V_TERM的不同电平的放大器88的动态范围最佳。成比例的终端电压V_T和驱动电流I_T以及成比例的补偿电压V_A和驱动电流I_A一起产生通过输入终端电阻器68和70及衰减器84和86的直流电流，以便在与输入端62和64连接的有效终端电阻上产生与内部终端电压V_TERM等效的电压。所述直流电流还在衰减器84和86的输出节点96上产生使差动放大器88的动态范围最佳的直流共模电压。在本发明的最佳实施例中，把衰减器84和86的输出节点96上的直流共模电压设置成基本上固定的零伏，为差动放大器88提供最佳动态范围。控制电路80的用于设置表示终端电压V_TERM的电压以及设置衰减器84和86的输出节点96上的直流共模电压以便使差动放大器的动态范围最佳的广义方程如下。用于成比例的终端电压V_T的所述方程为：

  V_T＝A×V_TERM+B×(V₁-V_TERM)

而用于成比例的补偿电压V_A的方程为：

  V_A＝-C×V_TERM-D×(V₁-V_TERM)

其中A、B、C和D为标量，它们是输入终端电阻器68、70和衰减器的电阻器92、94的电阻值的函数。所述方程在与电源的输入阻抗和具有共模直流分量的差动模交流信号匹配的特定条件下才有效。在输入直流共模输入电压V_CM和内部终端电压V_TERM相等的情况下，电压V_T和V_A与内部终端电压V_TERM成比例，如方程的项A×V_TERM和-C×V_TERM表示的。可以通过把校正因子加到方程V_T和V_A来校正输入直流共模输入电压V_CM和内部终端电压V_TERM之间的电压差值变化。从以下过程导出所述校正因子：利用监控电路66检测输入直流共模输入电压V_CM和表示终端电压V_TERM的电压的组合并把输出信号V₁加到控制电路80以便产生方程的校正项B×(V₁-V_TERM)和-D×(V₁-V_TERM)。输入差动终端和衰减网络60通过以下过程校正输入直流共模电压V_CM和内部终端电压V_TERM之间的差值：产生成比例的终端电压V_T和驱动电流I_T以及成比例的补偿电压V_A和驱动电流I_A，用于把衰减器84和86的输出节点96驱动到基本上固定的零伏的电平上，以便实现差动放大器88的最佳动态范围。

在本发明最佳实施例中，具有内部共模终端电压发生器61的输入差动终端和衰减网络60设计成最佳接收来自输入源的差动信号，所述输入源具有差动50欧姆阻抗和直流共模电压V_CM。输入终端电阻器68、70的标称电阻值为66.7欧姆。输入终端电阻器68、70与衰减电阻器92、94并联，衰减电阻器92、94各自的标称电阻值为120和80欧姆。对于所述差动网络各端的共模终端电压V_TERM，由与衰减电阻器92、94并联的输入终端电阻器68、70产生的有效输入电阻为50欧姆。衰减器84、86中的每一个的衰减系数为2.5X。但是，所述有效输入电阻和衰减系数是本发明的实现方案，可以在不脱离本发明范围的情况下使用其它有效输入终端电阻和衰减系数。

下面将说明用于匹配的50欧姆源输入阻抗和具有共模直流分量的差动模交流信号的成比例的终端电压V_T和成比例的补偿电压V_A的推导。在输入端62和64上所需直流电压用下述方程表示：

$\mathrm{IN}+=\mathrm{IN}-=$ $\frac{(V_{\mathrm{CM}}+V_{\mathrm{TERM}})}{2}$

其中IN+和IN-为输入端62和64上的共模直流电压分量，V_CM为通过50欧姆源阻抗加到输入端62和64上的共模电压，而V_TERM为由内部共模终端电压发生器61产生的内部终端电压。在差动放大器88的倒相和非倒相输入端上所需的直流电压应为零伏直流，以便实现所述放大器的由以下方程表示的最大动态范围：

INPUT+＝INPUT-＝0

来自控制电路80的V_T和V_A取决于输入端62和64上V_CM共模电压并且可以求解以便满足上述方程。对于V_CM＝V_TERM的情况，电压V_T和V_A都与V_TERM成比例：

V_T＝1.5556×V_TERM

V_A＝-0.6667×V_TERM

其中1.5556和0.6667为比例因子，是输入终端电阻器68、70和衰减电阻器92、94的值的函数。

如果电压V_T和V_A与电压V_TERM成比例，那么输入直流共模电压信号V_CM和输入端62和64上的终端电压V_TERM之间的变化就表示输入直流共模电压信号V_CM和V_TERM之间的平均电压，这时输入源的电阻就与终端电阻匹配。然而随输入直流共模电压信号V_CM的变化，差动放大器88的倒相和非倒相节点的电压输入端INPUT+和INPUT-就不保持在零伏上，但是V_CM值被衰减的百分比的范围由下述方程表示：

    INPUT+＝INPUT-＝0.2×(V_CM-V_TERM)

监控电路66检测输入直流共模电压V_CM和表示终端电压V_TERM的电压的组合并产生输出信号V₁，所述输出信号V₁被耦合到控制电路80，用于调节电压V_T和V_A。在由50欧姆信号源提供输入信号的情况下，在检测的电压V_I和输入共模电压V_CM之间存在以下关系：

$V_I=\frac{V_{\mathrm{CM}}+V_{\mathrm{TERM}}}{2}\⇒V_{\mathrm{CM}}=2\×V_1-V_{\mathrm{TERM}}$

对于2.5X衰减器，通过把以下形式的校正因子加到电压V_T和V_A中，有可能补偿V_CM输入信号：

ΔV_T＝0.1111×(V_CM-V_TERM)

ΔV_A＝-0.3333×(V_CM-V_TERM)

其中0.1111和0.3333为比例因子，它们是输入终端电阻器68、70和衰减电阻器92、94的值的函数。利用V_CM和V_I之间关系的上述方程，可以得到：

(V_CM-V_TERM)＝2×(V_I-V_TERM)

将上述表达式代入校正因子项ΔV_T和ΔV_A，成比例的终端电压V_T和成比例的补偿电压V_A则为：

V_T＝1.5556×V_TERM+0.2222×(V₁-V_TERM)

V_A＝-0.6667×V_TERM-0.6667×(V₁-V_TERM)

参考图4，图中示出输入差动终端和衰减器网络60的控制电路80和内部共模终端电压发生器61的第一实施例的功能示意图。利用串行数模转换器(DAC)100来实现内部终端电压发生器61。串行数模转换器100连接到接收来自测量仪器40的数据DAC_DAT、时钟DAC_CLK和启动DAC_CS_N信号的串行总线。串行数模转换器100的内部寄存器的设置被记录到串行数模转换器100中，同时DAC_CS_N启动线为逻辑LO状态并且随后在启动线上升沿被锁存到串行数模转换器100中。从串行数模转换器100输出的模拟内部终端电压V_TERM通过缓冲放大器102连接到差动增益放大器104和106的负输入节点及求和节点108和110。缓冲放大器102可以包括用于提供增益和进行零调节的相关联的电路。表示输入直流共模电压V_CM和内部终端电压V_TERM的组合的来自监控电路66的输出信号V_I连接到差动增益放大器104和106的正输入节点。差动增益放大器104的增益为0.1428X，而差动增益放大器106的增益为1.0X。差动增益放大器104的输出为0.1428×(V_I-V_TERM)，它被加到求和节点108。求和节点108的输出为V_TERM+0.1428×(V_I-V_TERM)。求和节点108的输出连接到增益为1.5556X的驱动放大器112的输入端。驱动放大器112的输出为成比例的终端电压V_T和成比例的终端电压驱动电流I_T，所述成比例的终端电压V_T等于V_T＝1.5556×V_TERM+0.2222×(V_I-V_TERM)。差动增益放大器106的输出为1.00×(V_I-V_TERM)，它被加到求和节点110。求和节点110的输出为V_TERM+(V_I-V_TERM)。求和节点110的输出连接到增益为-0.6667X的驱动放大器114的输入端。驱动放大器114的输出为成比例的补偿电压V_A和成比例的补偿电压驱动电流I_A，所述成比例的补偿电压V_A等于V_A＝-0.6667×V_TERM-0.6667×(V_I-V_TERM)。

参考图5，图中示出内部终端电压发生器61的最佳实施例。内部终端电压发生器61包括探头微处理器120，后者通过串行数据总线122接收来自测量仪器的数据。在最佳实施例中，串行数据总线122为I²C数据总线。如图6所示，响应用户利用内部终端电压发生器的图形用户界面123设置的参数而产生经由串行数据总线122提供的数据。通过用户激活各种下拉菜单并选择内部终端电压发生器界面123而在测量仪器40的显示装置50上产生内部终端电压发生器的图形用户界面123。用户通过选择CHANNEL BOX 124中合适的通道来选择差动测量探头44的探头与其连接的测量仪器的输入通道。用户还可以通过在ATTENUATION BOX 126中选择衰减量来选择测量探头的总衰减量。利用V_TERM的SOURCE BOX 128来选择终端电压V_TERM的源。可以从外部源、内部源或自动终端源来选择终端电压V_TERM。可以利用V_TERM BOX130把终端电压V_TERM设置成内部源方式。一旦为内部终端电压发生器61设置了参数，就可以利用CLOSE BOX 132来关闭内部终端电压发生器界面123。上述参数设置仅仅作为例子，可以利用内部终端电压发生器界面123进行其他参数设置。

测量仪器40将与内部终端电压V_TERM的产生相关联的参数转换成串行数据流，所述串行数据流通过测量仪器/探头串行总线122连接到差动测量探头44。探头微处理器120接收来自测量仪器40的串行数据流，并利用内部存储指令将终端电压V_TERM参数转换成串行数据流和启动信号，所述串行数据流和启动信号通过串行总线134连接到串行数模转换器100。如前所述，把串行数模转换器100的内部寄存器设置记录到串行数模转换器100中，而DAC_CS-N启动线为逻辑LO状态并且随后在启动线的上升沿被锁存在串行数模转换器100中。串行数模转换器100产生基本上等于利用内部终端电压发生器图形用户界面123设置的V_TERM电压参数的模拟输出。

利用由电阻器136和138组成的电阻式分压器网络，按照4个系数中的一个系数衰减来自串行数模转换器100的模拟输出。缓冲放大器102利用数字电阻器180和142偏移衰减后的数模转换器输出电压并将其按比例缩放。数字电阻器180和142通过串行数据总线144(例如I²C串行总线)接收来自探头微处理器120的内部存储的偏移量和增益值。所述偏移量和增益值是在校准差动测量探头44期间计算并存储在探头的微处理器的存储器中的。调零电阻器180配置成利用？V电压基准和150千欧姆串联电阻器146和148进行电压调节，电阻器146和148连接到50千欧姆数字电阻器180的两端。调零信号通过电阻器156连接到缓冲放大器102的求和节点。增益调节电阻器142具有50千欧姆电阻值并与电阻器150并联，电阻器150是由电阻器142、150、152和154组成的缓冲放大器102的增益设置电阻器之一。缓冲放大器102的输出是连接到控制电路80的内部终端电压V_TERM。

参考图7，图中示出根据本发明的具有内部共模终端电压发生器61的输入差动终端和衰减器网络60的最佳实施例的示意图。与前面各附图相同的元件以相同的标号标识。差动输入信号IN+和IN-通过输入端62和64连接到监控电路66以及输入终端电阻器68和70与它们各自的衰减器84和86的输入节点83的汇接点上。差动输入信号IN+和IN-被输入终端电阻器68和70的有效终端电阻终接，输入终端电阻器68和70与衰减电阻器92和94并联。衰减电阻器92和94之间的输出节点96连接到差动放大器88的倒相和非倒相输入端。监控电路66的输出信号V_I连接到控制电路80中1X差动增益校正放大器160的正输入端。差动增益校正放大器160的负输入端接收内部终端电压发生器61的内部终端电压V_TERM。差动增益校正放大器160产生等于(V_I-V_TERM)的输出电压。输出电压(V_I-V_TERM)通过有源衰减电路166连接到求和放大器164的输入求和节点162，有源衰减电路166由衰减电阻器168和170组成。内部终端电压V_TERM也通过电阻器172连接到求和节点162。求和放大器164产生等于V_TERM+0.1428×(V_I-V_TERM)的输出电压，其中标量项0.1428是衰减电路166的衰减系数的函数。求和放大器164的输出连接到V_T驱动放大器116的输入端。V_T驱动放大器116的电压增益由电阻器175和176设定，电阻器175和176提供1.5556的比例因子用于产生V_T＝1.5556×V_TERM+0.2222×(V_I-V_TERM)的输出电压和连接到终端电阻器68和70的公共节点82的驱动电流I_T。

内部终端电压V_TERM还通过电阻器178连接到求和节点174。差动增益校正放大器160的输出还通过电阻器180连接到求和节点174，其中电阻器178和180具有基本上相等的电阻值。求和节点174的输入电压值为V_TERM+(V_I-V_TERM)，它连接到V_A驱动放大器118的输入端。连接在V_A驱动放大器118两端的增益电阻器182与求和节点电阻器178和180一起提供比例因子-0.6667，用于产生输出电压V_A＝-0.6667×V_TERM-0.6667×(V_I-V_TERM)和驱动电流I_A，驱动电流I_A连接到衰减器84和86的公共节点90上。

上面的说明基于匹配的50欧姆的源阻抗。本发明中描述的直流共模补偿对于其它平衡输入源阻抗值也有效。下面的方程说明对于三种公用源阻抗情况下的补偿网络拓扑结构电压。交流耦合源阻抗情况有效地描述了一种有限直流源阻抗的结果。以下方程示出与直流共模电压V_CM(而不是项(V_I-V_TERM))的关系。

零欧姆源阻抗

V_T＝1.3333×V_term+0.2222×V_CM

V_A＝-0.6667×V_CM

V₁＝V_CM

50欧姆源阻抗

V_T＝1.4444×V_term+0.1111×V_CM

V_A＝-0.3333×V_term-0.3333×V_CM

V₁＝0.5(V_term+V_CM)

交流耦合源阻抗

V_T＝1.5556×V_TERM

V_A＝-0.6667×V_term

V₁＝V_term

本发明的具有内部共模终端电压发生器61的输入差动终端和衰减网络60具有一直到直流的响应，这为处理差动方式直流信号作好准备。在不平衡的情况下，差动方式直流信号输入V_DM被加到IN+信号的输入端62，而零伏加到IN-信号的输入端64，输入差动终端和衰减网络60仍然试图使衰减器84和86的输出节点96上的共模直流电压平衡。在刚刚说明的差动方式直流信号的情况下，从零欧姆源阻抗得到的差动放大器88的输入直流电压为：

        INPUT+＝+0.2×V_DM

        INPUT-＝-0.2×V_DM

上述方程表明，差动模直流输入具有校正2.5X的衰减，并且电平被位移以便在差动放大器88的输入端给出零共模信号。即使对于差动模直流输入，输入的差动终端和衰减网络60都试图使差动放大器88的动态范围最大。

已经描述了与具有有效的50欧姆终端和2.5X的衰减系数的差动终端和衰减网络60有关的上述发明。这些特定参数产生规定值的V_T和V_A的几个标量A、B、C和D。还可以在不同的有效差动终端值和不同的衰减系数(它们将产生V_T和V_A的不同比例因子)的情况下来实现本发明。而且将本发明最佳化，以便使输出差动放大器88的动态范围最大。为了实现所述参数，成比例的补偿电压V_A设置成把基本固定零伏直流共模电压提供给差动放大器88的倒相和非倒相的输入端。

已经描述了具有与对应的电阻衰减器电路并联的第一和第二输入终端电阻器的、具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络。监控电路连接到网络的输入节点并产生表示输入节点上的直流共模电压和表示内部终端电压的电压的组合的输出信号。控制电路接收来自监控电路的输出信号和内助终端电压并产生成比例的终端电压和驱动电流以及成比例的补偿电压和驱动电流。所述成比例的终端电压和驱动电流以及成比例的补偿电压和驱动电流提供通过输入终端电阻和衰减器的用于使网络输入节点上的直流电流降到零的直流电流，并且提供从第一和第二衰减器输出的直流共模电压，用于使差动测量放大器的动态范围最佳。

对于本专业的技术人员来说，很明显，本发明的上述实施例的细节在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以作许多变化。因此，本发明的范围仅仅由以下权利要求书确定。

Claims (13)

1.一种具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，所述网络接收来自具有源电阻并连接到差动放大器的电压源的直流共模电压，所述差动终端和衰减器网络包括：

内部共模终端电压发生器，它接收来自外部源的终端电压参数并产生内部终端电压；

第一和第二输入终端电阻，它们具有公共节点和接收来自所述电压源的所述直流共模电压的各自的输入节点；

第一和第二衰减器，它们具有公共节点以及各自的输入节点和输出节点，每一个相应的输入节点连接到所述第一和第二输入终端电阻之一；

监控电路，它连接到所述第一和第二输入终端电阻的所述输入节点，用于产生表示所述输入源电阻上的所述直流共模电压和表示所述输入终端电阻上的内部终端电压的电压的组合的输出信号；以及

控制电路，它接收所述内部终端电压和所述监控电路输出信号并产生作为所述内部终端电压和所述直流共模电压的函数的成比例的终端电压和驱动电流以及成比例的补偿电压和驱动电流，同时，所述成比例的终端电压和驱动电流连接到所述第一和第二输入终端电阻的所述公共节点，而所述成比例的补偿电压和驱动电流连接到所述第一和第二衰减器的公共节点，用于提供通过所述第一输入终端电阻和第一衰减器以及所述第二输入终端电阻和第二衰减器的用于使所述第一和第二输入终端电阻的所述输入节点上的直流电流降至零的直流电流，并在所述第一和第二衰减器的所述输出节点上提供使所述差动放大器的动态范围最佳化的直流共模电压。

2.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述监控电路包括电阻式分压器网络，所述电阻式分压器网络相对于所述第一和第二输入终端电阻具有高阻抗输入端。

3.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述第一和第二输入终端电阻还包括各自的第一和第二输入终端电阻器，其中，所述第一输入终端电阻器与所述第一衰减器并联，而所述第二输入终端电阻器与所述第二衰减器并联。

4.如权利要求3所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述第一和第二衰减器中的每一个包括第一和第二电阻器，其中所述第一电阻器的一端连接到所述第一和第二输入终端电阻器之一而另一端在所述衰减器的所述输出节点上与所述第二电阻器的一端连接，并且所述第二电阻器的另一端连接成在所述第一和第二衰减器的所述公共节点上接收所述成比例的补偿电压和驱动电流。

5.如权利要求4所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述成比例的终端电压和成比例的补偿电压具有比例因子，所述各比例因子随所述第一和第二输入终端电阻器和所述各自的第一和第二衰减器的所述第一和第二电阻器而变。

6.如权利要求5所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述成比例的终端电压具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供与所述内部终端电压成比例的第一电压，所述第二比例因子提供与所述第一和第二输入终端电阻的所述输入节点上的所述直流共模电压和所述内部终端电压之间的差值成比例的校正电压。

7.如权利要求5所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述成比例的补偿电压具有第一比例因子和第二比例因子，所述第一比例因子提供与所述内部终端电压成比例的第一电压，所述第二比例因子提供与所述第一和第二输入终端电阻的所述输入节点上的所述直流共模电压和所述内部终端电压之间的差值成比例的校正电压。

8.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述控制电路还包括：

差动放大器，它接收来自所述监控电路的所述输出信号和所述内部终端电压并产生表示所述监控电路的所述输出信号和所述内部终端电压之间差值的输出信号；

第一求和节点，它连接成接收所述内部终端电压和来自所述差动放大器的所述输出信号并产生表示所述内部终端电压的输出信号和来自所述差动放大器的所述输出信号的衰减后的表示；

第二求和节点，它连接成接收所述内部终端电压和来自所述差动放大器的所述输出信号并产生表示所述内部终端电压的输出信号和来自所述差动放大器的所述输出信号；

第一驱动放大器，它具有比例增益因子并连接成接收来自所述第一求和节点的所述输出信号，用于产生所述成比例的终端电压和驱动电流；以及

第二驱动放大器，它具有比例增益因子并连接成接收来自所述第二求和节点的所述输出信号，用于产生所述成比例的补偿电压和驱动电流。

9.如权利要求8所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述第一求和节点包括：接收来自所述差动放大器的所述输出信号的有源衰减电路；以及求和放大器，它具有连接成接收所述内部终端电压并连接到所述衰减电路的中间节点的输入节点，用于接收来自所述差动放大器的所述输出信号的衰减后的表示并产生表示所述内部终端电压的所述输出信号和来自所述差动放大器的所述输出信号的所述衰减后的表示。

10.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述成比例的终端电压和驱动电流以及所述成比例的补偿电压和驱动电流从所述第一和第二衰减器产生基本上零伏的的直流共模电压。

11.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述内部共模终端电压发生器包括串行数模转换器。

12.如权利要求1所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述内部共模终端电压发生器包括：

微处理器，它接收来自外部源的终端电压参数并产生表示所述内部终端电压的数字输出；以及

数模转换器，它接收表示所述微处理器的所述内部终端电压的数字输出并产生模拟内部终端电压。

13.如权利要求12所述的具有内部共模终端电压发生器的差动终端和衰减器网络，其中所述内部共模终端电压发生器还包括缓冲放大器，它连接成接收所述模拟内部终端电压并产生零偏移和成比例的内部终端电压。

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