擴展范圍電光電壓附件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及測試和測量系統(tǒng)以及信號獲取附件，并且更具體地涉及使用具有光學(xué)傳感器的電壓附件來精確顯示被測設(shè)備的輸入波形。
【背景技術(shù)】
[0002]過去已經(jīng)提出作為電壓傳感器的諸如馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀之類的電光傳感器。然而，這些設(shè)備的線性電壓動態(tài)范圍被限制到電光傳感器的Pi電壓的一小部分。如果被測設(shè)備(DUT)在該線性電壓動態(tài)范圍中進行操作，則可用電壓動態(tài)范圍由電光傳感器的接收機處的信噪比確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]所公開的技術(shù)的某些實施例涉及一種測試和測量系統(tǒng)，其包括:電光電壓附件，具有被配置成輸出調(diào)制輸出信號的光學(xué)傳感器；被測設(shè)備，連接到具有超過光學(xué)傳感器的線性輸入范圍的可變輸入信號的光電電壓附件；和處理器。處理器被配置成修改來自電光電壓附件的調(diào)制輸出信號以重構(gòu)超過電光傳感器的pi電壓的電光電壓附件的可變輸入信號。
[0004]所公開的技術(shù)的某些實施例涉及一種用于測量經(jīng)由電光電壓附件連接到測試和測量儀器的被測設(shè)備的可變輸入信號的方法，所述可變輸入信號超過電光電壓附件中的光學(xué)傳感器的線性輸入范圍。所述方法包括:在電光電壓附件處接收被測設(shè)備的可變輸入信號；基于可變輸入信號從電光電壓附件輸出調(diào)制輸出信號；在處理器處從電光電壓附件接收調(diào)制輸出信號；以及修改來自電光電壓附件的調(diào)制輸出信號以重構(gòu)超過光學(xué)傳感器的線性輸入范圍的電光電壓附件的可變輸入信號。
【附圖說明】
[0005]圖1圖示了所公開的技術(shù)的測試和測量系統(tǒng)的實施例。
[0006]圖2圖示了光學(xué)傳感器的線性輸入波形200和調(diào)制輸出202波形。
[0007]圖3圖示了處于+/-2伏特的輸入范圍中的光學(xué)傳感器的線性輸入波形200和調(diào)制輸出波形202。
[0008]圖4-6圖示了被測設(shè)備的輸入波形和來自光學(xué)傳感器的各種輸出波形。
[0009]圖7圖示了用于從被測設(shè)備重構(gòu)輸入波形的所公開的技術(shù)的方法。
[0010]圖8-12圖示了根據(jù)圖7中所示的方法的曲線圖。
[0011]圖13圖示了用于從被測設(shè)備重構(gòu)輸入波形的所公開的技術(shù)的方法。
[0012]圖14-16圖示了根據(jù)圖16中所示的方法的曲線圖。
[0013]圖17圖示了用于從被測設(shè)備重構(gòu)輸入波形的所公開的技術(shù)的方法。
【具體實施方式】
[0014]在不必按比例繪制的附圖中，所公開的系統(tǒng)和方法的相似或?qū)?yīng)的元素由相同附圖標(biāo)記表示。
[0015]諸如圖1中所示的電光傳感器100之類的電光傳感器一般具有兩個光學(xué)連接:來自光發(fā)射機104的未調(diào)制光束的輸入102和已由被應(yīng)用于電極108和120的電信號調(diào)制的輸出106。光發(fā)射機104向電光傳感器100發(fā)送未調(diào)制光束。至少兩個電極108連接到被測設(shè)備(DUT)llO。其它兩個電極120連接到用于控制電光傳感器的偏置的偏置控制器(未示出)。隨著未調(diào)制光穿過波導(dǎo)112，未調(diào)制光由于來自連接到被測設(shè)備110的電極108的所應(yīng)用的電信號而變?yōu)楸徽{(diào)制。
[0016]調(diào)制光被發(fā)送到光接收機114并在光電(0/E)轉(zhuǎn)換器116中被轉(zhuǎn)換成電信號。然后，光電轉(zhuǎn)換器116向測試和測量儀器118上的處理器發(fā)送信號以進一步處理或顯示在測試和測量儀器118的顯示器(未示出)上或存儲在測試和測量儀器118的存儲器(未示出)中。
[0017]在電光傳感器100中，來自電極108的所應(yīng)用的電壓使在波導(dǎo)112中傳播的光束隨著光在波導(dǎo)112的兩個分支之間傳播而在相對相位方面改變。
[0018]圖2示出從-15伏特線性變化到+15伏特的被測設(shè)備的線性輸入200。隨著波導(dǎo)112的兩個分支內(nèi)的光束的相對相位改變，來自電光傳感器的調(diào)制輸出波形202隨輸入電壓線性變化而正弦地變化。正弦調(diào)制輸出波形202的峰和谷之間的電壓差被稱為pi電壓且在圖2中由d示出。在圖2中所示的曲線圖中，電光傳感器的pi電壓為5伏特。
[0019]傳統(tǒng)上，為了將電光傳感器用作具有線性響應(yīng)的電壓附件，將對電光傳感器的輸入范圍約束到電光傳感器的Pi電壓的較小的一小部分。然后，在響應(yīng)相當(dāng)線性的調(diào)制輸出中的點周圍操作被測設(shè)備，如圖3中所示。在圖3中，輸入范圍被約束到+/-2伏特。如在曲線圖中可以看到，來自輸出的響應(yīng)在+/-2伏特范圍之上近似線性。然而，調(diào)制輸出波形202在所約束的+/-2伏特內(nèi)的波形的邊緣處愈加從線性偏離。
[0020]例如，如在圖4中所見，如果輸入波形近似為階躍信號，則輸入波形400和輸出波形402可能看起來如圖4中所示那樣。然而，隨著輸入振幅和偏置點改變，輸出波形402A和402B可能變得不可識別，如在圖5和6中所見。在圖4-6中，輸出波形402不精確地類似于輸入波形400。因此，測試和測量儀器的用戶未經(jīng)由輸出波形402得到電壓輸入波形400的精確表示。
[0021]然而，所公開的技術(shù)可以從被測設(shè)備恢復(fù)或重構(gòu)輸入波形400，使得電光傳感器可以通過超過電光傳感器的線性輸入范圍的電壓精確測量來自被測設(shè)備的輸入電壓，該線性輸入范圍等于pi電壓。例如，圖8示出5伏特的調(diào)制器pi電壓和從-2.7伏特去到+12.7伏特的輸入信號，其在本文中也稱為輸入波形。如在圖8中可見，調(diào)制輸出波形802不類似于輸入波形800。
[0022]首先，在圖7中的步驟S700中，對在本文中也稱為輸出波形的調(diào)制輸出信號802進行縮放以匹配調(diào)制輸出波形802的反正弦的輸入范圍，如圖9中所示。輸出波形802A表示經(jīng)縮放的調(diào)制輸出波形。在該示例中，反正弦的輸入范圍是+/-1伏特。然后，在步驟S702中，將反正弦或其反函數(shù)應(yīng)用于調(diào)制輸出波形802B以線性化調(diào)制輸出波形，其具有結(jié)果得到的線性化的調(diào)制輸出波形802C，如圖10中所示。
[0023]盡管應(yīng)用反正弦線性化了調(diào)制輸出波形402，但是波形具有突然的拐點1000，如圖10中所示，其中已經(jīng)超過電光傳感器的Pi電壓。突然的拐點1000顯現(xiàn)為來自步驟S700和S702的輸出的斜率中的不連續(xù)，如在圖10中可見。每次這些拐折1000之一出現(xiàn)時，拐折指示線性輸入已經(jīng)超過電光傳感器的pi電壓，使輸出的斜率改變符號。
[0024]然而，在步驟S704中，可以通過校正輸出波形處的斜率的符號來校正調(diào)制輸出波形402，從而得到輸出波形802D。在步驟S706中，確保斜率是連續(xù)的。然后，在步驟S708中，將斜率802E結(jié)合到結(jié)果中，如圖12中所示。然后，在步驟S710處，將重構(gòu)或恢復(fù)的輸入波形顯示在測試和測量儀器的顯示器上或存儲在測試和測量儀器的存儲器中。相應(yīng)地，在處理圖4中所示的原始調(diào)制輸出波形402之后，重構(gòu)或恢復(fù)的調(diào)制輸出波形402與輸入波形400相同，如圖12中所見。
[0025]如果輸入波形是重復(fù)波形，則也可以恢復(fù)或重構(gòu)輸入波形。圖13圖示了用于恢復(fù)或重構(gòu)重復(fù)輸入波形的所公開的技術(shù)的方法。在該示例中，可以在圖14中看到輸入1400和原始輸出波形1402。在步驟S1300中，以不同的偏置電壓電平獲取多個波形1500A-E，如圖15中所示。不同偏置電壓電平是通過改變來自附著到圖1中所示的偏置電極120的偏置控制器(未示出)的所應(yīng)用的電信號來獲取的。
[0026]在圖13中所示的方法中，在步驟S1302中，將偏置電壓加回到多個輸出波形中的每一個中?？蛇x的第二步驟S1304再一次將反正弦函數(shù)應(yīng)用于多個輸出波形中的每一個。如果不應(yīng)用反正弦函數(shù)，則最終的輸出波形將在有限范圍之上近似線性。通過應(yīng)用反正弦函數(shù)，可以擴展該范圍，從而減少恢復(fù)重構(gòu)的波形所需的步驟的數(shù)目。
[0027]下一步驟S1306是選擇結(jié)果得到的波形之一以開始匯集最終的重構(gòu)波形。該波形可以是通過檢查轉(zhuǎn)變區(qū)域的開始并確保轉(zhuǎn)變的斜率處于預(yù)期方向上來選擇的。來自該波形的數(shù)據(jù)被用于重構(gòu)的波形，直到來自第一波形的數(shù)據(jù)逼近線性范圍的界限。在步驟S1308中，通過檢查具有下一最高偏置電壓的波