利用二极管检波器的内部校准的功率测量装置的制造方法
【专利说明】利用二极管检波器的内部校准的功率测量装置
[0001] 本发明涉及使用二极管检波器的功率测量装置。
[0002] 用于高频（HF)功率测量的传感头例如基于零偏压肖特基二极管或使用"平面掺 杂势皇技术（Planar Doped Barrier Technology)"的二极管，以热的方式操作或使用二极 管检波器。用于高频功率整流的二极管是针对有利的HF特性，例如低势皇结电容来优化 的。然而，这是以健壮性为代价获得的。这些高灵敏度的组件甚至可能由于最大功率的非常 短暂的过冲或静电放电而被不可逆地损坏。这并不总是明显。不需要总是存在完全击穿。 在许多情况下，即使已经超出允许的测量偏差，仍可以显示貌似可信的测量结果。
[0003] 由于这个原因，常见的是关于外部校准源定期地测试或校准HF功率传感头。然 而，由于传感头必须手动地连接至校准源，因此该方法是不利的。具体而言，在工厂中的测 试设置的情况下，将不得不从该设置移除传感头。这对于顺利的制造工序是不期望的。加 之，随着使用USB功率传感头，这样的外部校准源无法可靠地获得。对于利用这种传感头实 施测量，只需要传统的PC。
[0004] 相应地，专利申请EP 1 443 335 A1示出了利用内部校准的功率测量装置。在此 背景下，检波器二极管的电流-电压特性被测量。为了这个目的，可变电平的已知参考电压 通过测量放大器被施加至检波器二极管，并且产生的电流被测量。然而，对检波器二极管的 功能性的该测试只有在测量放大器以反向配置操作，即该测量放大器提供低电阻输入的情 况下起作用。这时常是具有宽带传感头的情况，其中开路输出电压不被测量，反而二极管检 波器的短路输出电流被测量，以在应用所需的几个纳秒范围内实现短的延迟时间。宽带传 感头优选以与示波器兼容的方式使用，以测量包络曲线，即脉冲产生的和/或调制的高频 测量信号的时变振幅。然而，在用于测量在整流二极管的二次范围内驱动检波器的平均功 率的传感头情况下，测量放大器具有非反向配置。这是为了尽可能没有歪曲地测量经变换 的测量信号、二极管检波器的开路输出电压所必须的。因此，由该欧洲专利申请公开的校准 不能与这种类型的传感头一起使用。此外，利用在此背景下示出的校准，检波器在二次范围 内的整流效果不能用足够高级别的精度来判断。本发明的目的在于提供一种用于测量平均 功率的功率测量装置，该装置允许高精度校准而不需另外的外部装置。
[0005] 该目的是由独立权利要求1的特征根据本发明实现的。有利的进一步改进形成了 回引该权利要求的从属权利要求的主题。
[0006] 根据本发明的用于测量测量信号的功率的测量装置包括模拟处理单元以及用于 实施校准工序的校准单元。模拟处理单元提供以相对于信号输入端反并联的方式连接的两 个检波器二极管、以及用于放大从检波器二极管的输出信号得到的信号的放大器。此外，模 拟处理单元提供斩波器单元，该斩波器单元在两个端子处串联连接在检波器二极管和放大 器之间。在这个背景下，校准单元包含至少一个电流源，其中该至少一个电流源连接至放大 器的至少一个输入接头。因而，能够实施精确的校准。
[0007] 优选地，电流源被具体化为驱动校准电流通过斩波器单元和检波器二极管。然后， 放大器被具体化为放大最终的校准电压。然后，测量装置被具体化为测量经放大的校准电 压。
[0008] 斩波器单元优选被具体化为倒置通过检波器二极管的校准电流的流向的极性，并 且消除放大器的干扰影响。然后，放大器被具体化为放大最终的校准电压。在该情况下，测 量装置被具体化为测量经放大的校准电压，而不通过直流偏移窜改经放大的校准电压。
[0009] 如果至少一个电流源没有产生电流，则优选地放大器中存在经变换的测量信号或 零点电压。在这个背景下，经变换的测量信号应被理解为响应于在检波器的输入端处的高 频测量信号的检波器的输出信号。如果除热背景噪声之外不存在高频输入信号，则零点电 压应代表检波器的输出信号。然后，放大器被具体化为放大经变换的测量信号或零点电压。 然后，测量装置被具体化为测量经变换的测量信号或零点电压。如果从经变换的测量信号 的测量值减去测量的零点电压，则可以获得经校正的测量结果。然而，零点测量的结果还用 于利用至少一个电流源的内部校准。至少一个电流源优选提供至少一个电压源和至少一个 内部电阻器。
[0010] 至少一个内部电阻器有利地大于检波器的输出电阻，优选地至少大5倍，尤其优 选地至少大10倍。恒流源是尤其优选的。然后，内部电阻器至少大1000倍，优选地大10, 〇〇〇 倍。这意味着电流输出尽可能独立于检波器的输出电阻，并且检波器输出的电阻负载保持 小。一方面，还在电流源被切断时，电阻负载由测量电阻给出，另一方面，检波器应理想化地 以开路操作，以便实现检波器的可能最大的输出电压和低温度系数。
[0011] 至少一个电流源优选提供至少一个开关，该至少一个开关被具体化为分离内部电 阻器与电压源，并将内部电阻器连接至接地端子。以这种方式，可以实现已定义的切换条 件，并且开关的泄漏电流可以排到地面并且不流到检波器输出端。
[0012] 优选地，测量装置进一步提供控制单元，该控制单元被具体化为控制模拟处理单 元和校准单元并且处理校准工序的测量结果。这允许简单的操作。
[0013] 控制单元有利地被具体化为控制斩波器单元的切换以及校准单元的开关的切换。 以这种方式，可以实现高精度测量和高精度校准。
[0014] 优选地，校准单元被具体化为当测量信号存在时实施校准工序。以这种方式，控制 单元被具体化为仅在测量信号满足预定的条件的情况下考虑校准工序的测量结果。校准工 序的测量结果优选仅在测量信号提供使得检波器二极管被操作在二次特性范围内的功率 和/或测量信号在预定的一段时间内恒定的情况下才考虑。这意味着测量信号不影响校 准。
[0015] 可替代地，校准单元被具体化为仅在测量信号不存在的情况下实施校准工序。这 确保恒定无干扰的校准。
[0016] 在这个背景下，模拟处理单元优选以很大程度上对称的方式被构造。校准单元也 优选以很大程度上对称的方式被构造。这意味着干扰值很大程度上被补偿。
[0017] 校准单元优选提供两个电流源。然后，这两个电流源各自包括电压源和内部电阻 器。然后，这两个电流源被相反地极化，并且被极化到放大器的两个端子。这允许对称的结 构。
[0018] 此外，测量装置优选包含温度测量单元，该温度测量单元被具体化为在校准工序 的实施期间测量温度。然后，测量装置被具体化为使用所测量的当前温度用于校准工序的 温度补偿。这实现特别精确的校准。
[0019] 下面，参照图示出本发明有利的示例性实施例的附图通过示例描述本发明。附图 中：
[0020] 图1概略地示出根据本发明的测量装置的示例性实施例的电路框图；
[0021] 图2a示出根据本发明的测量装置的示例性实施例的第一详细视图；
[0022] 图2b示出根据本发明的测量装置的示例性实施例的第二详细视图；以及
[0023] 图2c示出根据本发明的测量装置的示例性实施例的第三详细视图。
[0024] 首先将参照图1说明根据本发明的测量装置的示例性实施例的通用结构和通用 功能。然后将参照图2a至图2c详细说明根据本发明的测量装置的示例性实施例中本发明 的主要组件的结构及其功能。在一些情况下，没有重复相似图中相同元件的陈述和描述。
[0025] 图1示出根据本发明的测量装置6的示例性实施例。测量装置6包括模拟处理单 元1、数字处理单元2和测量值输出单元3,模拟处理单元1连接至数字处理单元2,数字处 理单元2连接至测量值输出单元3。此外，测量装置6包括校准单元5,校准单元5也连接 至模拟处理单元1。此外，测量装置包括控制单元4,控制单元4连接至模拟处理单元1、数 字处理单元2、测量值输出单元3和校准单元5。
[0026] 在测量模式下，测量信号被供应至模拟处理单元1。模拟处理单元1将测量信号转 换成模拟信号，即经变换的测量信号，该经变换的测量信号允许关于测量信号的功率的推 断。此模拟信号被转换成数字信号并被供应至数字处理单元2。从数字化后的信号开始，数 字处理单元2确定测量信号的功率。这被提供至测量值输出单元3。在这个背景下，控制单 元4控制模拟处理单元1、数字处理单元2和测量值输出单元3的功能。将参照图2a至图 2c更详细地说明所列出的单元的详细结构。
[0027] 为了实施校准，控制单元4控制校准单元5、模拟处理单元1、数字处理单元2和测 量值输出单元3。具体而言，这引起校准单元5驱动通过模拟处理单元1的校准电流。具体 而言，控制单元4然后控制模拟处理单元1来测量产生的校准电压。将参照图2a至图2c 更详细地描述精确的过程。
[0028] 图2a图示根据本发明的测量装置6的第一示例性实施例的详细视