利用二極管檢波器的內(nèi)部校準(zhǔn)的功率測(cè)量裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】利用二極管檢波器的內(nèi)部校準(zhǔn)的功率測(cè)量裝置
[0001] 本發(fā)明涉及使用二極管檢波器的功率測(cè)量裝置。
[0002] 用于高頻（HF)功率測(cè)量的傳感頭例如基于零偏壓肖特基二極管或使用"平面摻 雜勢(shì)皇技術(shù)（Planar Doped Barrier Technology)"的二極管，以熱的方式操作或使用二極 管檢波器。用于高頻功率整流的二極管是針對(duì)有利的HF特性，例如低勢(shì)皇結(jié)電容來(lái)優(yōu)化 的。然而，這是以健壯性為代價(jià)獲得的。這些高靈敏度的組件甚至可能由于最大功率的非常 短暫的過(guò)沖或靜電放電而被不可逆地?fù)p壞。這并不總是明顯。不需要總是存在完全擊穿。 在許多情況下，即使已經(jīng)超出允許的測(cè)量偏差，仍可以顯示貌似可信的測(cè)量結(jié)果。
[0003] 由于這個(gè)原因，常見(jiàn)的是關(guān)于外部校準(zhǔn)源定期地測(cè)試或校準(zhǔn)HF功率傳感頭。然 而，由于傳感頭必須手動(dòng)地連接至校準(zhǔn)源，因此該方法是不利的。具體而言，在工廠中的測(cè) 試設(shè)置的情況下，將不得不從該設(shè)置移除傳感頭。這對(duì)于順利的制造工序是不期望的。加 之，隨著使用USB功率傳感頭，這樣的外部校準(zhǔn)源無(wú)法可靠地獲得。對(duì)于利用這種傳感頭實(shí) 施測(cè)量，只需要傳統(tǒng)的PC。
[0004] 相應(yīng)地，專利申請(qǐng)EP 1 443 335 A1示出了利用內(nèi)部校準(zhǔn)的功率測(cè)量裝置。在此 背景下，檢波器二極管的電流-電壓特性被測(cè)量。為了這個(gè)目的，可變電平的已知參考電壓 通過(guò)測(cè)量放大器被施加至檢波器二極管，并且產(chǎn)生的電流被測(cè)量。然而，對(duì)檢波器二極管的 功能性的該測(cè)試只有在測(cè)量放大器以反向配置操作，即該測(cè)量放大器提供低電阻輸入的情 況下起作用。這時(shí)常是具有寬帶傳感頭的情況，其中開(kāi)路輸出電壓不被測(cè)量，反而二極管檢 波器的短路輸出電流被測(cè)量，以在應(yīng)用所需的幾個(gè)納秒范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)短的延遲時(shí)間。寬帶傳 感頭優(yōu)選以與示波器兼容的方式使用，以測(cè)量包絡(luò)曲線，即脈沖產(chǎn)生的和/或調(diào)制的高頻 測(cè)量信號(hào)的時(shí)變振幅。然而，在用于測(cè)量在整流二極管的二次范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)檢波器的平均功 率的傳感頭情況下，測(cè)量放大器具有非反向配置。這是為了盡可能沒(méi)有歪曲地測(cè)量經(jīng)變換 的測(cè)量信號(hào)、二極管檢波器的開(kāi)路輸出電壓所必須的。因此，由該歐洲專利申請(qǐng)公開(kāi)的校準(zhǔn) 不能與這種類型的傳感頭一起使用。此外，利用在此背景下示出的校準(zhǔn)，檢波器在二次范圍 內(nèi)的整流效果不能用足夠高級(jí)別的精度來(lái)判斷。本發(fā)明的目的在于提供一種用于測(cè)量平均 功率的功率測(cè)量裝置，該裝置允許高精度校準(zhǔn)而不需另外的外部裝置。
[0005] 該目的是由獨(dú)立權(quán)利要求1的特征根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的。有利的進(jìn)一步改進(jìn)形成了 回引該權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求的主題。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量測(cè)量信號(hào)的功率的測(cè)量裝置包括模擬處理單元以及用于 實(shí)施校準(zhǔn)工序的校準(zhǔn)單元。模擬處理單元提供以相對(duì)于信號(hào)輸入端反并聯(lián)的方式連接的兩 個(gè)檢波器二極管、以及用于放大從檢波器二極管的輸出信號(hào)得到的信號(hào)的放大器。此外，模 擬處理單元提供斬波器單元，該斬波器單元在兩個(gè)端子處串聯(lián)連接在檢波器二極管和放大 器之間。在這個(gè)背景下，校準(zhǔn)單元包含至少一個(gè)電流源，其中該至少一個(gè)電流源連接至放大 器的至少一個(gè)輸入接頭。因而，能夠?qū)嵤┚_的校準(zhǔn)。
[0007] 優(yōu)選地，電流源被具體化為驅(qū)動(dòng)校準(zhǔn)電流通過(guò)斬波器單元和檢波器二極管。然后， 放大器被具體化為放大最終的校準(zhǔn)電壓。然后，測(cè)量裝置被具體化為測(cè)量經(jīng)放大的校準(zhǔn)電 壓。
[0008] 斬波器單元優(yōu)選被具體化為倒置通過(guò)檢波器二極管的校準(zhǔn)電流的流向的極性，并 且消除放大器的干擾影響。然后，放大器被具體化為放大最終的校準(zhǔn)電壓。在該情況下，測(cè) 量裝置被具體化為測(cè)量經(jīng)放大的校準(zhǔn)電壓，而不通過(guò)直流偏移竄改經(jīng)放大的校準(zhǔn)電壓。
[0009] 如果至少一個(gè)電流源沒(méi)有產(chǎn)生電流，則優(yōu)選地放大器中存在經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)或 零點(diǎn)電壓。在這個(gè)背景下，經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)應(yīng)被理解為響應(yīng)于在檢波器的輸入端處的高 頻測(cè)量信號(hào)的檢波器的輸出信號(hào)。如果除熱背景噪聲之外不存在高頻輸入信號(hào)，則零點(diǎn)電 壓應(yīng)代表檢波器的輸出信號(hào)。然后，放大器被具體化為放大經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)或零點(diǎn)電壓。 然后，測(cè)量裝置被具體化為測(cè)量經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)或零點(diǎn)電壓。如果從經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào) 的測(cè)量值減去測(cè)量的零點(diǎn)電壓，則可以獲得經(jīng)校正的測(cè)量結(jié)果。然而，零點(diǎn)測(cè)量的結(jié)果還用 于利用至少一個(gè)電流源的內(nèi)部校準(zhǔn)。至少一個(gè)電流源優(yōu)選提供至少一個(gè)電壓源和至少一個(gè) 內(nèi)部電阻器。
[0010] 至少一個(gè)內(nèi)部電阻器有利地大于檢波器的輸出電阻，優(yōu)選地至少大5倍，尤其優(yōu) 選地至少大10倍。恒流源是尤其優(yōu)選的。然后，內(nèi)部電阻器至少大1000倍，優(yōu)選地大10, 〇〇〇 倍。這意味著電流輸出盡可能獨(dú)立于檢波器的輸出電阻，并且檢波器輸出的電阻負(fù)載保持 小。一方面，還在電流源被切斷時(shí)，電阻負(fù)載由測(cè)量電阻給出，另一方面，檢波器應(yīng)理想化地 以開(kāi)路操作，以便實(shí)現(xiàn)檢波器的可能最大的輸出電壓和低溫度系數(shù)。
[0011] 至少一個(gè)電流源優(yōu)選提供至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)被具體化為分離內(nèi)部電 阻器與電壓源，并將內(nèi)部電阻器連接至接地端子。以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)已定義的切換條 件，并且開(kāi)關(guān)的泄漏電流可以排到地面并且不流到檢波器輸出端。
[0012] 優(yōu)選地，測(cè)量裝置進(jìn)一步提供控制單元，該控制單元被具體化為控制模擬處理單 元和校準(zhǔn)單元并且處理校準(zhǔn)工序的測(cè)量結(jié)果。這允許簡(jiǎn)單的操作。
[0013] 控制單元有利地被具體化為控制斬波器單元的切換以及校準(zhǔn)單元的開(kāi)關(guān)的切換。 以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量和高精度校準(zhǔn)。
[0014] 優(yōu)選地，校準(zhǔn)單元被具體化為當(dāng)測(cè)量信號(hào)存在時(shí)實(shí)施校準(zhǔn)工序。以這種方式，控制 單元被具體化為僅在測(cè)量信號(hào)滿足預(yù)定的條件的情況下考慮校準(zhǔn)工序的測(cè)量結(jié)果。校準(zhǔn)工 序的測(cè)量結(jié)果優(yōu)選僅在測(cè)量信號(hào)提供使得檢波器二極管被操作在二次特性范圍內(nèi)的功率 和/或測(cè)量信號(hào)在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)恒定的情況下才考慮。這意味著測(cè)量信號(hào)不影響校 準(zhǔn)。
[0015] 可替代地，校準(zhǔn)單元被具體化為僅在測(cè)量信號(hào)不存在的情況下實(shí)施校準(zhǔn)工序。這 確保恒定無(wú)干擾的校準(zhǔn)。
[0016] 在這個(gè)背景下，模擬處理單元優(yōu)選以很大程度上對(duì)稱的方式被構(gòu)造。校準(zhǔn)單元也 優(yōu)選以很大程度上對(duì)稱的方式被構(gòu)造。這意味著干擾值很大程度上被補(bǔ)償。
[0017] 校準(zhǔn)單元優(yōu)選提供兩個(gè)電流源。然后，這兩個(gè)電流源各自包括電壓源和內(nèi)部電阻 器。然后，這兩個(gè)電流源被相反地極化，并且被極化到放大器的兩個(gè)端子。這允許對(duì)稱的結(jié) 構(gòu)。
[0018] 此外，測(cè)量裝置優(yōu)選包含溫度測(cè)量單元，該溫度測(cè)量單元被具體化為在校準(zhǔn)工序 的實(shí)施期間測(cè)量溫度。然后，測(cè)量裝置被具體化為使用所測(cè)量的當(dāng)前溫度用于校準(zhǔn)工序的 溫度補(bǔ)償。這實(shí)現(xiàn)特別精確的校準(zhǔn)。
[0019] 下面，參照?qǐng)D示出本發(fā)明有利的示例性實(shí)施例的附圖通過(guò)示例描述本發(fā)明。附圖 中：
[0020] 圖1概略地示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例的電路框圖；
[0021] 圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例的第一詳細(xì)視圖；
[0022] 圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例的第二詳細(xì)視圖；以及
[0023] 圖2c示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例的第三詳細(xì)視圖。
[0024] 首先將參照?qǐng)D1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例的通用結(jié)構(gòu)和通用 功能。然后將參照?qǐng)D2a至圖2c詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的示例性實(shí)施例中本發(fā)明 的主要組件的結(jié)構(gòu)及其功能。在一些情況下，沒(méi)有重復(fù)相似圖中相同元件的陳述和描述。
[0025] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置6的示例性實(shí)施例。測(cè)量裝置6包括模擬處理單 元1、數(shù)字處理單元2和測(cè)量值輸出單元3,模擬處理單元1連接至數(shù)字處理單元2,數(shù)字處 理單元2連接至測(cè)量值輸出單元3。此外，測(cè)量裝置6包括校準(zhǔn)單元5,校準(zhǔn)單元5也連接 至模擬處理單元1。此外，測(cè)量裝置包括控制單元4,控制單元4連接至模擬處理單元1、數(shù) 字處理單元2、測(cè)量值輸出單元3和校準(zhǔn)單元5。
[0026] 在測(cè)量模式下，測(cè)量信號(hào)被供應(yīng)至模擬處理單元1。模擬處理單元1將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn) 換成模擬信號(hào)，即經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)，該經(jīng)變換的測(cè)量信號(hào)允許關(guān)于測(cè)量信號(hào)的功率的推 斷。此模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并被供應(yīng)至數(shù)字處理單元2。從數(shù)字化后的信號(hào)開(kāi)始，數(shù) 字處理單元2確定測(cè)量信號(hào)的功率。這被提供至測(cè)量值輸出單元3。在這個(gè)背景下，控制單 元4控制模擬處理單元1、數(shù)字處理單元2和測(cè)量值輸出單元3的功能。將參照?qǐng)D2a至圖 2c更詳細(xì)地說(shuō)明所列出的單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0027] 為了實(shí)施校準(zhǔn)，控制單元4控制校準(zhǔn)單元5、模擬處理單元1、數(shù)字處理單元2和測(cè) 量值輸出單元3。具體而言，這引起校準(zhǔn)單元5驅(qū)動(dòng)通過(guò)模擬處理單元1的校準(zhǔn)電流。具體 而言，控制單元4然后控制模擬處理單元1來(lái)測(cè)量產(chǎn)生的校準(zhǔn)電壓。將參照?qǐng)D2a至圖2c 更詳細(xì)地描述精確的過(guò)程。
[0028] 圖2a圖示根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置6的第一示例性實(shí)施例的詳細(xì)視