可配置偏置三通的制作方法
【專利說(shuō)明】可配置偏置三通
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2014年3月19日提交的題為“Improved Bias Tee Designs withExtended Low Current Measurement and AC High Impedance Measurement Capability，，的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/955，553的權(quán)益，其通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)涉及偏置三通(bias tees)，并且更特別地涉及改善用于低電流測(cè)量和AC高阻抗測(cè)量的電流過(guò)程的可配置偏置三通。
【背景技術(shù)】
[0003]偏置三通通常是可充當(dāng)雙工器的無(wú)源、三端口電網(wǎng)。在一個(gè)操作模式下，偏置三通網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)端口被連接到甚低頻或直流(DC)源且另一端口被連接到高頻或交流(AC)源。偏置三通將DC源信號(hào)與AC源信號(hào)組合，使得網(wǎng)絡(luò)的第三端口被同時(shí)地耦合到DC和AC信號(hào)兩者。偏置三通是眾所周知的電氣設(shè)備，其在其中必須向AC信號(hào)中注入DC功率的許多應(yīng)用中是有用的。典型的應(yīng)用包括供電(powering)光電二極管、激光器或遠(yuǎn)程天線放大器。
[0004]偏置三通通常還是雙向的。因此，在另一操作模式下，向三通(tee)的第三端口施加組合的AC和DC (“AC+DC”)信號(hào)，并且偏置三通網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)的AC和DC分量分離，使得可以在三通的AC端口處測(cè)量信號(hào)的AC分量，并且可以在三通的DC端口處測(cè)量信號(hào)的DC分量。使用在此模式下的偏置三通的應(yīng)用示例包括封裝器件表征和晶片探測(cè)。在這些類型的應(yīng)用中，將三通的組合的AC+DC端口連接到被測(cè)試設(shè)備的輸出允許用戶測(cè)量設(shè)備的DC特性，并測(cè)量設(shè)備的AC特性，而不必重新配置DC和AC測(cè)試之間的測(cè)試裝備。在此類應(yīng)用中，對(duì)于某些類型的設(shè)備而言，偏置三通向測(cè)量?jī)x表載送非常低的DC電流水平以及用于高阻抗測(cè)量的AC信號(hào)。實(shí)現(xiàn)用于低電流DC測(cè)量和AC高阻抗測(cè)量?jī)烧叩牧己眯阅芟蚱萌ǖ脑O(shè)計(jì)者提出特殊的挑戰(zhàn)。
[0005]最簡(jiǎn)單的偏置三通設(shè)計(jì)采用電容器、電阻器和三個(gè)同軸連接器。同軸連接器充當(dāng)用于三通的DC信號(hào)端口、AC信號(hào)端口以及組合的AC+DC信號(hào)端口。電容器被連接在AC信號(hào)端口與AC+DC信號(hào)端口之間。電阻器被連接在DC信號(hào)端口與AC+DC信號(hào)端口之間。此偏置三通設(shè)計(jì)的總體DC性能是有限的，因?yàn)殡娮柙拗瓶梢酝ㄟ^(guò)三通的DC路徑行進(jìn)的電流。
[0006]用其中用電感器來(lái)替換DC路徑中的電阻器的已修改偏置三通設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)改善的DC性能。雖然理想電感器將阻止AC信號(hào)回傳(pass back)到DC端口，但此設(shè)計(jì)的AC性能可能受到潛在LC諧振效應(yīng)的限制。并且，由于此類設(shè)計(jì)使用同軸連接器作為三通的端口，所以其低電流性能由于同軸連接器中固有的漏泄電流而受到限制。
[0007]為了改善低電流性能，將三軸連接器(triaxial connector)而不是同軸連接器用于DC端口和AC+DC端口。用串聯(lián)的兩個(gè)電容器來(lái)替換上述設(shè)計(jì)中的單個(gè)電容器。由DC信號(hào)來(lái)“保護(hù)”電容器中的一個(gè)，從而使通過(guò)此電容器的漏泄電流最小化。然而，由于此電容器通常具有相對(duì)大的電容，所以其將趨向于生成電流噪聲，從而仍妨礙偏置三通的低電流性能。
[0008]本發(fā)明的實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的這些及其它限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]可配置偏置三通包括AC信號(hào)端口、DC信號(hào)端口以及AC+DC信號(hào)端口。偏置三通具有作為DC信號(hào)端口和AC+DC信號(hào)端口的三軸連接器。耦合在DC信號(hào)端口與AC+DC信號(hào)端口之間的第一電網(wǎng)通過(guò)三通來(lái)提供DC信號(hào)路徑。第二電網(wǎng)被耦合在AC信號(hào)端口與AC+DC信號(hào)端口之間。第二電網(wǎng)包括串聯(lián)的第一電容器、開(kāi)關(guān)和第二電容器。用三軸DC和AC+DC信號(hào)端口的防護(hù)來(lái)“保護(hù)”第二電容器。開(kāi)關(guān)被配置成在閉合時(shí)提供通過(guò)三通的AC信號(hào)路徑并在打開(kāi)時(shí)斷開(kāi)AC路徑。
[0010]使用具有AC信號(hào)路徑和DC信號(hào)路徑的可配置偏置三通的方法包括打開(kāi)AC信號(hào)路徑或DC信號(hào)路徑，并測(cè)量分別地通過(guò)在DC信號(hào)端口或AC信號(hào)端口處的未打開(kāi)路徑傳送的信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是結(jié)合了同軸連接器、電容器以及電阻器的常規(guī)偏置三通的示意圖。
[0012]圖2是結(jié)合了同軸連接器、電容器以及電感器的常規(guī)偏置三通的示意圖。
[0013]圖3是結(jié)合了同軸連接器、三軸連接器、電容器以及電感器的常規(guī)偏置三通的示意圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的結(jié)合了到AC信號(hào)路徑中的開(kāi)關(guān)的偏置三通網(wǎng)絡(luò)的不意圖。
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的結(jié)合了到AC信號(hào)路徑和DC信號(hào)路徑中的開(kāi)關(guān)的偏置三通網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的具有用于開(kāi)關(guān)的隔離控制電路的結(jié)合了到AC信號(hào)路徑和DC信號(hào)路徑中的開(kāi)關(guān)的偏置三通網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的具有用于由AC信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的控制電路的結(jié)合了到AC信號(hào)路徑和DC信號(hào)路徑中的開(kāi)關(guān)的偏置三通網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的結(jié)合了到AC信號(hào)路徑中的開(kāi)關(guān)以及到DC信號(hào)路徑中的二極管的偏置三通網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出了簡(jiǎn)單的常規(guī)偏置三通網(wǎng)絡(luò)110，包括充當(dāng)AC信號(hào)端口的同軸連接器105、充當(dāng)DC信號(hào)端口的同軸連接器110、充當(dāng)組合的AC+DC信號(hào)端口的同軸連接器115、耦合在AC信號(hào)端口 105與AC+DC信號(hào)端口 115之間的電容器120以及耦合在DC信號(hào)端口110與AC+DC信號(hào)端口 115之間的電阻器125。電容器將AC信號(hào)耦合到AC+DC端口，但是一般地阻止DC信號(hào)回傳到AC端口，從而提供通過(guò)偏置三通的AC信號(hào)路徑104。電阻器將DC信號(hào)耦合到AC+DC端口，從而通過(guò)偏置三通提供DC信號(hào)路徑103。如上文所解釋的，此類型的偏置三通一般地允許良好的AC耦合，但是其DC性能受到DC信號(hào)路徑中的電阻器的限制。
[0020]圖2示出了與圖1中所示的偏置三通相比提供改善的DC性能的常規(guī)偏置三通網(wǎng)絡(luò)200。偏置三通200類似于圖1中所描述的偏置三通，除了用電感器225來(lái)替換DC信號(hào)路徑中的電阻器之外。此偏置三通設(shè)計(jì)已改善了 DC性能，因?yàn)榭梢韵駻C+DC信號(hào)端口 215遞送整個(gè)范圍的電流，假設(shè)所使用的電感器225在物理上能夠處理所需電流的話。但是，針對(duì)DC性能的此改善的權(quán)衡(tradeoff)是由于LC諧振而引起的AC性能下降，這取決于電容器220和電感器225的選擇。另外，偏置三通200由于電感器225的物理現(xiàn)實(shí)非理想特性以及同軸DC信號(hào)端口 210和同軸AC+DC信號(hào)端口 215中所固有的漏泄電流而具有有限的低電流性能。
[0021]另一類型的常規(guī)偏置三通設(shè)計(jì)、圖3中所描述的偏置三通網(wǎng)絡(luò)300改善了三通的低電流性能。偏置三通網(wǎng)絡(luò)300的設(shè)計(jì)類似于圖2中所描述的偏置三通網(wǎng)絡(luò)，除了在偏置三通網(wǎng)絡(luò)300中，用串聯(lián)的兩個(gè)電容器——電容器320和電容器330——來(lái)替換AC信號(hào)路徑304中的單個(gè)電容器之外。類似于圖2中所描述的偏置三通網(wǎng)絡(luò)，同軸連接器305充當(dāng)AC信號(hào)端口。然而，在偏置三通網(wǎng)絡(luò)300中，充當(dāng)DC信號(hào)端口的連接器是三軸連接器310，并且充當(dāng)AC+DC信號(hào)端口的連接器是三軸連接器315。一般地，三軸電纜和連接器具有外屏蔽、稱為勢(shì)(force)的中心傳導(dǎo)核以及稱為防護(hù)的內(nèi)屏蔽，其在勢(shì)與外屏蔽之間。防護(hù)被保持在近似與勢(shì)相同的電位，從而使勢(shì)與防護(hù)之間的漏泄電流最小化。
[0022]在圖3的偏置三通網(wǎng)絡(luò)300中，電容器320、330被串聯(lián)地耦合在AC信號(hào)端口同軸連接器305的中心導(dǎo)線與AC+DC信號(hào)端口三軸連接器315的勢(shì)之間，從而通過(guò)偏置三通300提供AC路徑304。電感器325被耦合在DC信號(hào)端口三軸連接器310的勢(shì)與AC+DC信號(hào)端口三軸連接器315的勢(shì)之間，通過(guò)偏置三通300提供DC路徑303。DC信號(hào)端口的防護(hù)335被連接到AC+DC信號(hào)端口 315的防護(hù)340以及還到電容器320、330之間的節(jié)點(diǎn)。在此配置中，偏置三通300的低電流性能比圖2中所描述的偏置三通的性能更好。由于防護(hù)335電壓跟隨DC信號(hào)電壓，所以電容器320在其兩端具有0V。因此，使通過(guò)電容器320的漏泄電流最小化，其改善了偏置三通300的整體低電流測(cè)量能力。然而，由于電容器320通常具有相對(duì)大的電容，所以由于由防護(hù)335與DC信號(hào)之間的大電容器320的存在產(chǎn)生的電流噪聲，偏置三通300的低電流測(cè)量能力仍是有限的。
[0023]圖4圖示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可配置偏置三通網(wǎng)絡(luò)400。偏置三通網(wǎng)絡(luò)400包括充當(dāng)AC信號(hào)端口的連接器405、充當(dāng)DC信號(hào)端口的三軸連接器410以及充當(dāng)AC+DC信號(hào)端口的三軸連接器415。偏置三通網(wǎng)絡(luò)400是雙向的。AC信號(hào)端口連接器405通常是同軸連接器。DC信號(hào)端口和AC+DC信號(hào)端口三軸連接器410、415每個(gè)具有勢(shì)和防護(hù)。DC信號(hào)端口防護(hù)435被連接到AC+DC信號(hào)端口防護(hù)440。
[0024]偏置三通網(wǎng)絡(luò)400具有耦合在DC信號(hào)端口 410的勢(shì)與AC+DC端口 415的勢(shì)之間以在偏置三通400的這兩個(gè)端口之間提供DC路徑403的第一電網(wǎng)401。在圖4的偏置三通網(wǎng)絡(luò)400中，電網(wǎng)401包括電感器425。偏置三通網(wǎng)絡(luò)400還具有耦合在AC+DC信號(hào)端口415的勢(shì)與AC信號(hào)端口 405的中心導(dǎo)線之間的第二電網(wǎng)402。此第二電網(wǎng)402包括串聯(lián)地耦合的電容器420、開(kāi)關(guān)445以及電容器430。電容器430被耦合在AC信號(hào)端口 405的中心導(dǎo)線與防護(hù)435、440之間。電容器420和開(kāi)關(guān)445被串聯(lián)地耦合在AC+DC信號(hào)端口 415的勢(shì)與防護(hù)435、440之間。在開(kāi)關(guān)445被閉合的情況下，電網(wǎng)402通過(guò)AC信號(hào)端口 405和AC+DC信號(hào)端口 415之間的偏置三通400提供AC路徑404。在開(kāi)關(guān)445打開(kāi)的情況下，AC路徑404被解耦或以其它方式斷開(kāi)。
[0025]在開(kāi)關(guān)445被閉合的情況下，將電容器420說(shuō)成是由通過(guò)偏置三通400的DC路徑401中的DC信號(hào)“防護(hù)”。也就是說(shuō)，由于防護(hù)435處的電壓跟隨DC信號(hào)端口 410的勢(shì)處的電壓，所以跨電容器420存在0V，從而使通過(guò)電容器420的漏泄電流最小化。然而，在開(kāi)關(guān)445閉合的情況下，測(cè)量DC低電流時(shí)的偏置三通網(wǎng)絡(luò)400的性能仍可能受到電流噪聲的負(fù)面影響。因?yàn)殡娙萜?20通常具有相對(duì)大的電容，所以可能生成電流噪聲。優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)445被設(shè)計(jì)或選擇成使得在打開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)445的寄