專利名稱：非接觸信號分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子信號分析器領(lǐng)域，具體涉及用于檢測網(wǎng)絡(luò)信號的存在和傳送協(xié)議的非接觸信號分析器。本申請是1999年11月5日提交的No 09/435,533號申請的部分繼續(xù)申請。
在操作上，網(wǎng)絡(luò)為不同的用戶提供同時的共享存取，且信號呈現(xiàn)為既有數(shù)字方式也有模擬方式，它們通常一起存在的。比如在PSTN中，數(shù)字方式和模擬方式的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)頻率帶寬的不同分段同時傳送。并且，不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字設(shè)備，比如計算機、電話和視頻顯示器，具有不同的信號帶寬(比特/秒)需求。它們甚至具有不同的傳送和接收信號帶寬，比如在互聯(lián)網(wǎng)通信或數(shù)據(jù)檢索操作的情況下，下載的數(shù)據(jù)量遠遠超過上載的命令。這是通過使用不同的數(shù)字傳送協(xié)議來適應(yīng)的比如PSTN服務(wù)提供者用來提供互聯(lián)網(wǎng)通信的非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)?？偨Y(jié)來說，單個的導(dǎo)線對能夠同時支持多個全雙工信號交換，各在不同的頻率帶寬分段、使用不同的數(shù)字信號帶寬，還可能結(jié)合數(shù)字方式和模擬方式。
除了LAN以外的網(wǎng)絡(luò)相互連接來提供網(wǎng)絡(luò)間的通信。對于網(wǎng)際協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)，這種互連是通過使用網(wǎng)橋和/或路由器來提供的，而對于PSTN，則通過本地和中心局電話交換機來提供。所有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信號通信量通過這些交換點流動。既然需要監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)信號通信量來確定性能趨勢或隔離和修理故障，對于IP網(wǎng)絡(luò)和電話技術(shù)人員兩者來說，就都需要在一條通信線上確定一種特定信號格式(模擬或數(shù)字)的存在，并且需要監(jiān)視信號的質(zhì)量。這樣的質(zhì)量監(jiān)視既包括檢查音頻傳送的音調(diào)質(zhì)量，也包括檢查一種特定數(shù)字協(xié)議的傳送保真度。網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量標準，比如用于PSTN的BELLCORE標準，需要監(jiān)視和故障隔離操作發(fā)生時，信號中斷最小。因此，理想情況下，技術(shù)人員使用的工具必須既能有效地確定信號的位置，又能不中斷信號通信量。
現(xiàn)有技術(shù)公開了各種類型的信號分析器，用來確定網(wǎng)絡(luò)信號的存在和傳送協(xié)議。這些分析器存取網(wǎng)絡(luò)信號的方式各異。一些是侵入式的，即傳感器通過尖的探針刺穿電線的絕緣層與導(dǎo)體對實體電接觸。電話網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員采用的這樣的方法被稱為“釘床(bed of nails)”，這是由于這樣的方法包括多個與導(dǎo)體線接合并實體接觸的固定安裝的探針。這種實體接觸產(chǎn)生了信號噪音。在音頻信號傳送情況下，該噪音對于網(wǎng)絡(luò)用戶呈現(xiàn)為可以聽見的聲音；或者它可能導(dǎo)致噪聲干擾足以打斷或中斷數(shù)字信號的傳送。盡管聽得見的干擾是惱人的，而數(shù)字傳送的中斷及其導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失則具有更嚴重的后果。
現(xiàn)有技術(shù)中也有從導(dǎo)體對感應(yīng)耦合傳送信號的非接觸傳感器，從而避免了實體接觸導(dǎo)致的問題。然而，感應(yīng)耦合的傳感器也有缺點。一個缺點是其有限的信號靈敏度。它們是電流敏感器件，適合用于檢測大電流信號，但是在低功率信號的檢測中，比如在網(wǎng)絡(luò)和電話信號的檢測中，它們的作用有限。第二個缺點是由拾音(pick-up)感應(yīng)器(或線圈)進入數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的反向電動勢(emf)。這表現(xiàn)為線上噪音，它可能打斷信號或使波形失真。
因此，需要有一種非接觸信號檢測器，它能夠提供與低功率(低電平)線路信號的高信號分辨率耦合，而不干擾信號的傳送。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠檢測導(dǎo)體上的模擬和/或數(shù)字信號傳送的信號傳感器，而使對信號質(zhì)量的影響不可察覺，也不打斷傳送的完整性。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠提供高保真度信號捕獲的傳感器，而不需要與信號傳送攜帶導(dǎo)體進行實體接觸。本發(fā)明的再一個目的是提供一種能夠執(zhí)行多種不同的數(shù)字信號協(xié)議的信號捕獲的非接觸高保真度傳感器，同時可能需要與各種型號的協(xié)議分析器一道使用。本發(fā)明的再一個目的是在手持設(shè)備配置中提供這樣的能夠被技術(shù)人員容易地操作和使用的非接觸高保真度信號傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，非接觸傳感器包括具有至少一個導(dǎo)電板的電容探針，其中當導(dǎo)電板被放置接近信號攜帶導(dǎo)體時，其把在導(dǎo)體上傳送的信號的采樣電容性耦合到識別所采樣信號格式的分析器電路。進一步，根據(jù)本發(fā)明，信號傳感器包括信號調(diào)節(jié)器電路，其位于導(dǎo)電板和信號分析器電路之間，用來把高阻抗終端提供給電容性耦合的采樣信號、并把低采樣信號源阻抗提供給信號分析器電路，從而向傳感器提供高度的信號靈敏度。
仍然根據(jù)本發(fā)明，信號傳感器包括導(dǎo)電屏蔽，其被放置在接近導(dǎo)電板的地方但空間上是分離的。導(dǎo)電屏蔽被電連接到信號調(diào)節(jié)電路的信號輸出，以維持屏蔽具有基本上和導(dǎo)電板相同的電勢，從而使板屏蔽環(huán)境靜電效應(yīng)，以進一步提高傳感器信號靈敏度。仍然根據(jù)本發(fā)明，傳感器包括具有第一和第二導(dǎo)電板的電容探針，其中每個電容板適合于放置到接近關(guān)聯(lián)的一對信號導(dǎo)體中的一個，來電容性耦合關(guān)聯(lián)導(dǎo)體傳送信號的采樣，傳感器進一步包括差分信號調(diào)節(jié)電路，用于向分析器電路提供輸出信號，其中輸出信號正比于第一和第二板的耦合信號的差分和，從而進一步提高了傳感器的信噪比。仍然根據(jù)本發(fā)明，探針導(dǎo)電板的尺寸和形狀是可選的，且不限于平面器件，但它們本身可能包括線導(dǎo)體。
本發(fā)明的傳感器既可以是單板傳感器配置，也可以是雙板傳感器配置。雙板傳感器配置允許使用差分模式信號檢測和調(diào)節(jié)，因而濾去了在單板配置中存在的普通模式噪聲，并且提供了高信號保真度和高信噪比。然而，無論對于模擬信號格式還是數(shù)字信號格式，單板配置提供了適當程度的檢測準確度和信號保真度，但信噪比較低。因為本實施例不需要是兩個傳感器，所以不需要差分信號調(diào)節(jié)電路不是必須的，從而導(dǎo)致了總體的低造價。
無論在單板還是雙板的實施例中，導(dǎo)電板都通過空間臨近放置的導(dǎo)電屏蔽來屏蔽雜散靜電效應(yīng)。屏蔽維持與導(dǎo)電板基本上相同的電勢，以最小化由于空間接近導(dǎo)致的電容效應(yīng)。屏蔽到信號調(diào)節(jié)電路的低輸出阻抗的電連接同時把附帶的噪聲迂回到信號地，這樣就遠離了板。另外，從板到信號調(diào)節(jié)電路的電信號路徑，比如印刷線路板(PCB)的導(dǎo)電軌跡，也通過“軌跡屏蔽”屏蔽了雜散效應(yīng)。軌跡屏蔽淀積在PCB上，位于信號攜帶軌跡和信號調(diào)節(jié)電路之間，且電連接到靜電屏蔽上。因此，它在同樣的電勢具有與屏蔽同樣低的阻抗信號回路，它的作用是防止通過PCB的、從信號軌跡到信號調(diào)節(jié)電路的電流泄漏，從而維持了傳感信號的強度。
傳感器的分析電路在很寬的頻率范圍內(nèi)、在幾個數(shù)字信號協(xié)議中既能夠檢測模擬信號，又能夠檢測數(shù)字信號。它們包括對于模擬聲音信號，從大約300Hz到大約3000Hz；對于ADSL，從大約25KHz到大約1100KHz；對于T1信號，從大約28KHz到大約772KHz，對于E1信號(歐洲等價標準的T1信號)，從大約28KHz到大約1024KHz；或者總的傳感器帶寬1100KHz。
根據(jù)下面對于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細的描述，以及如附圖中所示，這些和其他本發(fā)明的目的、特性和優(yōu)勢將會更加清楚。
附圖簡要說明

圖1是用于說明本發(fā)明的操作原理的象征性示意圖；圖2是本發(fā)明的非接觸信號分析器的優(yōu)選實施例的示意框圖；圖3是圖2的實施例的一個元件的示意框圖；圖4是圖2的實施例的可選實施例的示意框圖；圖5是能夠與圖2中所示的非接觸傳感器分析器實施例一道使用的一個外殼的實際實施例的透視圖；圖6是與圖2中描述的傳感器實施例一道使用的部分印刷線路板布局的一部分象征性、一部分透視的示意圖；以及圖7是圖2和圖4的傳感器實施例的一個元件的可選實施例的示意圖。
差分信號的峰-峰電壓小于5伏，并且由于線阻和沿著線對的長度方向的雜散寄生電容的原因，其典型值在2伏的量級。在圖1中，雜散寄生電容由集總電容30和32仿真表示。導(dǎo)體(有線線路)電阻與寄生電容的電阻一起提供了建立了導(dǎo)體對的頻率帶寬的低通濾波器。
如果一個或多個導(dǎo)電板34和36，被放置接近導(dǎo)體21和22，則這些單獨的板與附加的導(dǎo)體結(jié)合到一起，形成了一個電容器。它們是空氣介質(zhì)電容器，其分別提供了從導(dǎo)體對20的單獨導(dǎo)體21和22到線38和40的信號傳送路徑。板的位置必須足夠接近導(dǎo)體，但是并不限于如圖所示的那樣位于導(dǎo)體的中間。同樣的，也應(yīng)理解，術(shù)語導(dǎo)電板用于以口語的方式描述它們的電容功能，但是不假定它們限于平面設(shè)備或限于任何特定的幾何形狀。它們的幾何形狀和尺寸是可選的，并且它們本身甚至可能包含線導(dǎo)體。
如果線38和40通過電阻阻抗42和44連接到信號地46，則通過寄生電容30和32返回到信號導(dǎo)體21和22，存在一個封閉信號路徑。這個單獨的由板34和36耦合的、顯現(xiàn)在電阻42和44兩端的電壓信號是單邊的，例如是非差分的，就象以模擬和數(shù)字信號26和28的形式在導(dǎo)體對20上的信號智能被載波信號偏置出現(xiàn)在線38和40上，其中載波信號包括可能出現(xiàn)在每個導(dǎo)體21和22上的任何靜止電壓潛在信號。這個載波信號由波形50表示，它包括被模擬和數(shù)字波形26和28調(diào)制的載波信號52。作為選擇，在線38和40上的信號提供給一個求和接合點54，在此把兩個信號相加，從而消去對于每個導(dǎo)體都相同的靜止電壓潛在信號，并且恢復(fù)成差分形式，如波形56所示。
本發(fā)明基于這種電容耦合原理，并且在圖2中示意性圖解了優(yōu)選實施例。現(xiàn)在參考圖2，非接觸信號分析器60包括信號傳感器62、信號調(diào)節(jié)器64和信號分析器66。在優(yōu)選實施例中，信號傳感器62包括兩個信號探針68和70，其中每個分別采取導(dǎo)電電容板72和74的形式，其中導(dǎo)電電容板72和74通過非導(dǎo)電材料層80和82與相應(yīng)的導(dǎo)電屏蔽76和78分開。如下面所述，在優(yōu)選實施例中，電容板72和74與屏蔽76和78是同樣的材料，這種材料最好是銅。兩個信號探針被實體排列以使屏蔽76和78相互接近，但通過非導(dǎo)電材料83被分開。
電容板72和74各自電終端于一負載阻抗，在優(yōu)選實施例中，這兩個負載電阻分別等效于運算放大器88和90的非反向(+)輸入84和86的輸入阻抗與分路電阻92和94的并聯(lián)，其中分路電阻92和94與信號地95相連。放大器88和90是已知的類型，比如以MicroAmplifierTM商標、由BURR-BROWN公司制造和銷售的運算放大器OPA2340或OPA4340。眾所周知，運算放大器是具有高開環(huán)增益的有源放大器，其中增益可以用于閉環(huán)配置，以建立所需的比例增益?zhèn)鬟f函數(shù)。在本傳感器應(yīng)用中，參考型號的運算放大器的兩個決定性特性是其帶寬和高共模輸入阻抗。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的其它具有相同的或更高的帶寬和共模輸入阻抗的運算放大器型號和構(gòu)造也可以使用。在本實施例中，放大器88和90中的每一個都被配置成閉環(huán)、單位增益，以及電壓跟隨器，其中電壓跟隨器在它們的輸出端96和98提供相同的極性、等價于各自出現(xiàn)在電容板72和74上的單位增益。
為了最大化由板72和74結(jié)合線對導(dǎo)體21和22(圖1)一起創(chuàng)建的耦合電容的信號靈敏度，同時最小化此耦合電容在導(dǎo)體對的總帶寬上的影響，需要最大化板終端阻抗。如上所述，終端阻抗等效于運算放大器88和90的輸入阻抗與分路電阻92和94的并聯(lián)。放大器的共模輸入阻抗在兆兆(1012)歐的范圍內(nèi)。對于所有實際的用途來說是無限的。因此，分路電阻值確定了終端阻抗值。
在優(yōu)選實施例中，分路電阻是碳類型的，其優(yōu)選值的范圍在1.0至2.0千兆歐，且標稱值為1.5千兆歐(1.5*109歐)。由單獨的板及其相關(guān)導(dǎo)體形成的耦合電容的值受限于導(dǎo)體線與板重合的橫截面積，且對于尺寸為22～24AGW的線，其數(shù)量級小于一個微微法拉(1*10-12法拉)。耦合電容和串聯(lián)電阻的組合形成一高通濾波器，在106Hz處具有標稱的-3db頻率，從而在60Hz處提供了相當程度的衰減，同時能夠通過PSTN音頻信號帶寬的300Hz到3000Hz的信號頻率。
導(dǎo)電屏蔽76和78提供了電容器板72和74與周圍的射頻(RF)能量或其它環(huán)境靜電效應(yīng)之間一定程度的隔離，從而提高了由板72和74與線對導(dǎo)體之間形成的耦合電容的信號靈敏度。為了最大化屏蔽效果，通過把屏蔽76和78連接到各自相關(guān)的運算放大器88和90之一，屏蔽76和78實質(zhì)上保持與其相關(guān)板相同的電勢。既然已經(jīng)知道運算放大器的輸出阻抗基本上為零，屏蔽實際上不受感應(yīng)靜電效應(yīng)的影響，且放大器的快速響應(yīng)允許屏蔽電壓能夠接近相關(guān)板的瞬時跟蹤電壓，從而通過最小化屏蔽和板之間的差分電場來最小化屏蔽和板組合的電容效應(yīng)。由于屏蔽76、78具有和其相關(guān)的板相同的電壓，但通過到其相關(guān)的緩沖放大器88和90輸出的連接，從而具有非常低的阻抗，屏蔽76和78也防止了它們的相關(guān)板的電勢影響其它的板。
位于放大器88和90的輸出的板電壓通過電阻器100和102給出，其中電阻器100和102各自連接到放大器104的雙輸入。上述放大器可以與放大器88和90是相同或等價的類型，它配置成閉環(huán)差分放大器的功能，并且在其輸出106提供了等效于兩個板電壓的差分。已經(jīng)知道，在差分模式，放大器104在放大器88和90的輸出端96和98為兩個板電壓中的每一個給出一個相等增益?zhèn)鬟f函數(shù)。這可以通過使串聯(lián)電阻器100的電阻值等于串聯(lián)電阻102的電阻值(R100＝R102)以及使放大器反饋電阻器108等于分路電阻110的值(R108＝R110)來實現(xiàn)。在放大器輸出端96對于板電壓的閉環(huán)增益因而等于反饋電阻器108與串聯(lián)電阻器100的比值，在放大器輸出端98對于板電壓的閉環(huán)增益類似可以得出。基于所需的信號靈敏度和所需的電壓比例因子，實際的閉環(huán)增益是可選的，且一般在1.0～2.0v/v的范圍內(nèi)。
在放大器104的輸出端106的差分電壓信號是單獨導(dǎo)體21和22(參考圖1)電壓的差分和，且不考慮所有的普通周圍感應(yīng)電壓或存在于每個導(dǎo)體的噪聲信號，如60Hz的電源效應(yīng)(例如圖1中的周圍噪聲波形52)，且在輸出端106的信號實質(zhì)上是通過監(jiān)視的導(dǎo)體所傳送的聲音、視頻和/或數(shù)據(jù)信號內(nèi)容。盡管不是必須的，在傳感器檢測和監(jiān)視音頻信號的場合，最好為操作者提供輸出信號幅度的調(diào)整。為了提供這種調(diào)整功能，放大器的輸出以最大電阻為5千歐的電位器的形式連接到信號靈敏度調(diào)節(jié)器112的輸出，且調(diào)節(jié)器的另一端連接到信號地95。
可調(diào)整幅度的差分信號由電位器112的電刷輸出端114提供，且通過緩沖放大器116提供給信號調(diào)節(jié)級64的信號輸出118。放大器116具有和放大器88、90和104相同或等價的類型，且也配置成與放大器88和90相同的電壓跟隨器，從而在線118上提供與差分信號等效的單位增益和共同的極性。緩沖放大器也提供基本上為零的輸出阻抗，其中輸出阻抗首選電位器112在電刷輸出端114提供的有限阻抗，因而對信號分析級66近似理想電壓信號源。
將在線118上來自信號調(diào)節(jié)器64的差分輸出電壓提供給分析電路66。分析電路66檢測模擬和數(shù)字信號中的任一個或者兩個出現(xiàn)在采樣信號中。由于顯示的傳感器的優(yōu)選實施例用于與PSTN信號業(yè)務(wù)量有關(guān)的檢測，且PSTN模擬和數(shù)字信號位于特定的頻率范圍內(nèi)，則基于信號頻率位于PSTN分配的模擬信號或數(shù)字信號的頻帶內(nèi)，分析器66依賴于采樣信號的頻率濾波來識別指定的模擬或數(shù)字格式。盡管由于不區(qū)分數(shù)字協(xié)議，所以這可能具有定性分析的性質(zhì)，當前的傳感器維持了采樣信號的保真度，從而如下面所述的那樣，允許協(xié)議的定量分析。
模擬語音的信號頻率在大約300Hz到大約3000Hz的范圍內(nèi)。數(shù)字T1協(xié)議信號工作在從大約28KHz到大約772KHz，實際的工作頻率依賴于傳送數(shù)據(jù)的給定比特碼型。ADSL和ISDN協(xié)議的工作頻率重疊，其中ISDN工作頻率直到100KHz，而ADSL使用從25KHz到大約1100KHz的頻率范圍，用于從本地PSTN交換機向個人用戶傳送數(shù)據(jù)，并且使用從25KHz到大約200KHz的頻率范圍用于從個人用戶向交換機傳送數(shù)據(jù)。最后，歐洲版本的T1(即E1)工作在大約28KHz到大約1024KHz的頻率范圍。因此，用于數(shù)字信號傳送的共用頻率范圍是25KHz到1100KHz。
現(xiàn)在參考圖3，在分析器66的示意框圖中，位于線118上的差分信號提供給低頻帶通濾波器120和高頻帶通濾波器122。濾波器120和122是有源的、兩極帶通濾波器，它們是已知的類型，比如Sallan-Key設(shè)計的濾波器，然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員認為，任何多個可選的設(shè)計濾波器能夠適合使用。低通濾波器120的低端和高端-3db斷點分別位于大約300Hz和3200Hz，以適應(yīng)PSTN音頻從300Hz到3200Hz的頻率范圍。在優(yōu)選實施例中，高頻帶通濾波器122的-3db點位于大約25KHz和1100KHz，以適應(yīng)共用數(shù)字信號頻率范圍。
可以說是顯然的，設(shè)立濾波器120和122各自的帶通頻率范圍來通過在它們指定工作信號帶寬之內(nèi)的信號頻率，且濾去在它們分配的工作頻帶之外的信號頻率。作為示例，在所描述的實施例中，高帶通濾波器的低端-3db點只需要足夠高以濾去在音頻范圍內(nèi)的信號，且高端-3db點只需要足夠高以通過高端頻率數(shù)字信號。然而，低端-3db點設(shè)置在25KHz，為60Hz電源線頻率提供了信號衰減的所需程度，且對于PSTN應(yīng)用，不存在實際的原因?qū)⒏叨?3db點設(shè)置得高于指定的數(shù)字信號頻帶的頂端。
在300Hz到3200Hz范圍內(nèi)的信號頻率通過低帶通濾波器120且被高帶通濾波器122所阻擋。來自濾波器120的輸出信號被低帶通音頻前置放大器124所放大，且在線126上提出給視覺指示器128(比如發(fā)光二極管)和音頻放大器130。音頻放大器130和前置放大器124是已知類型的電路結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施例中，放大器130把增強的音頻信號提供給揚聲器132，其中揚聲器可以如相對于下面描述的圖5那樣，內(nèi)建于傳感器分析器的外殼內(nèi)，作為另外一種選擇，或者同時的，提供給任選的耳機134。選擇開關(guān)136允許操作者選擇來自放大器130的音頻信號或者選擇由單音發(fā)生器138產(chǎn)生的將要通過揚聲器132或者耳機134播放的單音信號。提供音頻音量控制140，用于允許調(diào)整揚聲器132和耳機134的音量。
作為選擇，數(shù)字信號通過高帶通濾波器122，但是被低帶通濾波器122所阻擋。通過的信號被標識為“數(shù)字信號”且被數(shù)字前置放大器142所放大。放大的信號提供到線143上且同時提供給數(shù)字信號視覺指示器144(比如LED)和單音發(fā)生器138。單音發(fā)生器138通過在線146上向音頻放大器130提供能聽得見的單音來響應(yīng)數(shù)字信號波形的接收。如果選擇開關(guān)在“數(shù)字”位置，這個單音傳給揚聲器132。
顯然地，傳感器向用戶提供視覺和聽覺信號來指示音頻信號和數(shù)字信號中的一個或兩個的存在。盡管視覺指示器總是使能的，使得在任何時刻同時存在音頻和數(shù)字信號時，任何一個或兩個視覺指示器能被點亮，聽得見的通告最好限制為一個或另外一個，且能夠由用戶選擇。作為選擇，最好允許同時選擇兩個實際的音頻信號和單音產(chǎn)生器信號，就象視覺指示的情況一樣，在視覺指示的情況下，允許用戶進一步判斷如何提供指示，以提供不同的用戶形式。
盡管差分采樣和調(diào)節(jié)傳送信號的樣本的信號從共模噪聲抑制和提高的信噪比中獲益，如果可能，且是需要的，使用傳感器作為共模器件。共模的實施例是單板配置，無論對于模擬信號形式還是數(shù)字信號形式，它提供了適當程度的檢測準確度和信號保真度，但是具有較低的信噪比。由于共模去掉了一個板和一個差分放大器級，即它是低造價的傳感器。
圖4是一個共模非接觸信號分析器的實施例的原理示意圖，它包括一個新的傳感器探針176、一個新的信號調(diào)節(jié)器178，和如圖3所示的同樣的信號分析器66。傳感器探針176包括一個導(dǎo)電板180，其通過一個非導(dǎo)電材料層184與相應(yīng)的導(dǎo)電屏蔽182空間分開。如差分實施例，電容板180和屏蔽182是同樣的材料，最好是銅。
信號調(diào)節(jié)器178包括一個單運算放大器186，它也是已知的類型，比如由BURR-BROWN公司制造和銷售的運算放大器OPA2340或OPA4340。如前面所述的有關(guān)圖2中的雙板配置的實施例，這種構(gòu)造和類型的運算放大器對此種應(yīng)用提供了足夠高的共模輸入阻抗和帶寬。然而，為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的其他構(gòu)造和類型的具有同樣的或更高的工作特性的放大器也可以應(yīng)用。
放大器186被配置成閉環(huán)、單位增益電壓跟隨，其在放大器的非反向輸入端188在信號線187上從板182接收傳感信號，在輸出端188提供相同的極性、等價于板信號電壓的單位增益。如前所述，參考差分傳感器的實施例，板的終端阻抗等效于放大器的共模輸入阻抗和分路電阻190的阻抗的并聯(lián)，其中放大器的共模輸入阻抗在兆兆(1012)歐的范圍內(nèi)。由于放大器輸入阻抗基本上是無限大的，分路電阻確定了終端阻抗值，且在優(yōu)選實施例中，分路電阻是碳類型的，其最佳值的范圍在1.0至2.0千兆歐，且標稱值為1.5千兆歐(1.5*109歐)。
由單獨的板及其相關(guān)導(dǎo)體形成的耦合電容的值受導(dǎo)體線與板重合的橫截面積限制，且對于尺寸為22～24AGW的線，其數(shù)量級小于一個微微法拉(1*10-12法拉)。耦合電容和串聯(lián)電阻的組合提供高通濾波器，在106Hz處具有標稱的-3db頻率。
導(dǎo)電屏蔽180執(zhí)行與雙板傳感器中相同的功能，即把單板182與環(huán)境靜電效應(yīng)隔離。為了最大化其效果，把屏蔽180連接到電壓跟隨器186的輸出188，從而被維持在與板182基本相同的電壓。這樣通過最小化屏蔽和板之間的差分電場來最小化屏蔽和板組合的電容效應(yīng)。同樣的，放大器186的低輸入阻抗實質(zhì)上使屏蔽免于感應(yīng)靜電效應(yīng)。
圖5是非接觸傳感器分析器的外殼的透視圖，其中使用共同的標號來標示此圖描述的與其它附圖有的相同的元件。現(xiàn)在參考圖5，非接觸傳感器分析器60(圖2)包括外殼192，其最好采用已知類型的非導(dǎo)電材料，比如ABS塑料。外殼192包括一個適應(yīng)于用戶手持的手柄部分194，以及位于其末端的傳感器探針62(圖2)。外殼還包括一個控制面板區(qū)域196，在其中音頻揚聲器132(圖3)和用戶控制安裝在一起，所述控制包括音頻視覺指示器128(圖3)、選擇開關(guān)136(圖3)、音量控制140(圖3)和數(shù)字視覺指示器144(圖3)。名牌區(qū)域198標示了制造廠商和型號類型。傳感器探針62的一部分被剖開，以圖示探針的導(dǎo)電板72和74的相對定位。
在優(yōu)選實施例中，揚聲器132的直徑大約是1.5英尺，當提供聽得見的單音和聲音信號時，其振膜的循環(huán)位移引起傳感器外殼192的實體振動。外殼以基本上等于音頻的頻率振動，從其相關(guān)的線路位移導(dǎo)電板，且產(chǎn)生一個對應(yīng)的傳感器耦合電容的周期性變化。其效果是在音頻頻率上調(diào)制傳感信號，以及在調(diào)制信號和揚聲器音頻信號之間的微小相移，導(dǎo)致正向反饋信號條件，產(chǎn)生揚聲器嘯聲。
為了消除上述問題，揚聲器132通過使用彈力材料安裝墊圈裝配在揚聲器邊緣和外殼表面之間與外殼192機械隔離。通過把外殼內(nèi)的傳感器電路板密封在彈力材料敷層如低硬度氨基甲酸乙酯之內(nèi)，來進一步減小振動效應(yīng)，以阻尼電路板的機械振動。其它的方法可包括電延遲到揚聲器的采樣信號，在導(dǎo)電板使揚聲器的音頻產(chǎn)生對采樣信號音頻的相移，或者更簡單的通過使用耳機。
外殼的振動性移動還可以導(dǎo)致與由于外殼的摩擦生電累積的靜電荷有關(guān)的反饋條件。這種靜電荷按振動(音頻)頻率周期性變化，也引入了正向反饋狀態(tài)的可能性。摩擦生電可以通過使用應(yīng)用在外殼表面的抗靜電的局部劑來防止，特別是在探針所在的區(qū)域，以防止靜電荷的轉(zhuǎn)移和建立。在本領(lǐng)域，這種抗靜電劑是共知的，通常是表面活性劑，比如稀釋并分散到水或酒精中的季銨鹽或權(quán)銨。表面活性劑還去除了表面污漬積累，有助于最小化摩擦生電效應(yīng)和正向反饋條件的可能性。在優(yōu)選實施例中，季銨氯化物，比如MARKSTAT AL-22在異丙醇中被稀釋到大約50％。通過使機盒略微導(dǎo)電在10\6到10\10歐姆的范圍內(nèi)，可以達到同樣的效果。通過往塑料中加入比如碳一類的導(dǎo)電顆粒也可以完成類似的效果。使用空氣離子發(fā)生器可以解決這個問題。
如前所述，用于雙板傳感器的屏蔽76和78(圖2)和用于單板傳感器的屏蔽180(圖4)，被連接到相關(guān)的緩沖放大器的信號輸出端來為它們提供低終端阻抗，且使它們基本上和它們相應(yīng)的板的信號電勢相同。低終端阻抗提供了“地屏蔽”，以把板同局部靜電效應(yīng)隔離，相同的信號電勢最小化傳感信號電流通過在板和屏蔽之間所形成的電容的泄漏。上述這些屏蔽功能中的每一個提高了傳感器的信號靈敏度。
由于板對于分路電阻(圖2中的92和94、圖4中的190)的高終端阻抗，也需要電屏蔽板和緩沖放大器輸入端之間的信號線。盡管信號線的靜電屏蔽是重要的，更需要注意的是經(jīng)過安裝有電路元件的基片材料的傳感信號的泄漏，比如玻璃纖維材料印刷線路板(PCB)，或者其他材料的基片，包括陶瓷。圖6是圖4中所示的單板傳感器實施例的典型PCB布局的部分200的一部分象征性、一部分透視的示意圖，其中在圖4和圖6中相同的元件具有相同的標號。
在圖6中，屏蔽180和導(dǎo)電板182淀積在PCB 202的反面。導(dǎo)電板和各種導(dǎo)電軌跡淀積在PCB的可見表面上，它們被圖示為網(wǎng)狀圖形，以方便描述。信號線軌跡187把板182連接到緩沖放大器186的非反向信號輸入端188。放大器的輸出端189通過反饋軌跡被連接到其反向輸入端206，且通過孔208連接到板，進而連接到位于PCB板反面的屏蔽180。同樣通過孔208連接的還有軌跡屏蔽210，它運行在放大器186的底下，且在圖6的實施例中，分成分支210A和210B，分別淀積在信號軌跡187的兩邊。在這個實施例中，焊盤211A和211B被提供用來允許分支軌跡屏蔽210A跨過與分路電阻190相連的信號軌跡。
分支軌跡屏蔽210A和210B被放置臨近信號軌跡187且沿著板182的側(cè)部212和214，其中板182面對著PCB 202的內(nèi)部。軌跡屏蔽基本上和板和信號軌跡的電勢相同，以沿著板的側(cè)部212和214且沿著信號軌跡的運行長度提供有效的零電勢區(qū)域。這樣防止了任何的可能由于板和帶有PCB板上其它電子元件的信號軌跡之間的電勢差而發(fā)生的電流泄漏。在圖6的實施例布局中，只有板側(cè)部212和214與其它PCB元件接界，然而，如果額外的側(cè)部暴露于其它PCB元件，則軌跡屏蔽也延伸到這些側(cè)部。相反的，如果少于兩個側(cè)部暴露于其它PCB元件，軌跡屏蔽可以減少。在圖6中，作為一個例子，如果PCB202沒有元件布置在板邊緣214的反面，則沒有機會從板或信號軌跡在那個方向發(fā)生電流泄漏，且分支軌跡屏蔽210B可以去除。
如圖6中進一步所示，屏蔽180伸展越過板182的位置，從而完全覆蓋板，且也伸展經(jīng)過放大器186的信號輸入端。這是需要的，以確保信號輸入電路屏蔽掉環(huán)境靜電效應(yīng)和PCB的層間的電流泄漏。如果需要，對于可能使用傳感器的特定環(huán)境，也可以圍繞分路電阻190提供軌跡屏蔽。也應(yīng)該明白，在多層板配置中，屏蔽180也可能位于在電路板120之下的另外的電路板的表面上(沒有示出)。
盡管屏蔽放置的描述和軌跡屏蔽的布局是結(jié)合圖4中的單板實施例進行的，應(yīng)該明白，同樣的屏蔽也提供給圖2的雙板配置中的每個板。一般而言，屏蔽越好，傳感器探針能夠更好地重現(xiàn)從板的導(dǎo)體所耦合的信號。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，用于建立必要的電連接的其它配置是容易理解的。同樣的，盡管在優(yōu)選實施例中信號軌跡187、軌跡屏蔽210、板182和屏蔽180包括銅，它們也可以是任何類型的電導(dǎo)材料要么是金屬，要么是裝入了導(dǎo)電顆粒的塑料。
盡管不同的傳感器配置(雙板和單板)的描述假定使用了平面導(dǎo)電板，也可以給傳感器提供非平面的板，比如如圖7所示的單板探針216，其形狀適合如一根導(dǎo)線的信號導(dǎo)體218。探針216包括由絕緣層224分開的板220和屏蔽222。導(dǎo)體218容易地適合裝在板220旁邊，在兩者之間提供了強信號耦合。作為選擇，板220、屏蔽222和絕緣層224可以是能夠圍繞導(dǎo)體的彈性材料。對于板220和屏蔽222，這種材料可能是薄的金屬(比如銅)；對于絕緣層224，這種材料可能是彈性塑料(比如聚亞安酯)。否則，探針216將包括同樣的與信號調(diào)節(jié)電路的下游信號干擾，就如單板平面探針那樣。
非平面探針(未視出)的雙板實施例將具有兩個探針，它們是圖7中探針216所示的類型，其中每個探針具有相同的下游信號干擾，如圖2的雙板實施例描述的那樣。這種類型的非平面探針的優(yōu)點在于，導(dǎo)電板實際支住了電線且因此電容耦合相對強。第二個優(yōu)點在于，屏蔽有效地把板同任何不是導(dǎo)體所在的電場中隔離出來，進一步地提高了靈敏度。然而，這樣的配置也有缺點。它需要每根導(dǎo)線被分開處理。人們期望當器件被配置以重現(xiàn)導(dǎo)體上的信號、而不是僅僅識別導(dǎo)體上的信號的頻率時，這種配置將最具優(yōu)勢。
盡管本發(fā)明在其優(yōu)選實施例中顯示和描述出來，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，在公開的實施例的形式和細節(jié)上可以做出各種變形、省略、增加，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，如本發(fā)明的權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1.一種用于在一對導(dǎo)體上指定的傳送頻帶內(nèi)，檢測單獨傳送或者聯(lián)合傳送的模擬和數(shù)字信號的信號波形的設(shè)備，其特征在于包括探針，具有連接到關(guān)聯(lián)的終端阻抗且適合于靠近導(dǎo)體對放置的至少一個導(dǎo)電板，以把在每個指定的傳送頻帶上的傳送信號的信號采樣電容性耦合到所述關(guān)聯(lián)的終端阻抗；信號調(diào)節(jié)電路，具有響應(yīng)在每個所述導(dǎo)電板的所述終端阻抗處的所述采樣信號的至少一個緩沖放大器，用于在其輸出端提供等價采樣信號；以及信號分析器，用于在一個或者多個頻率濾波器中的每一個接收所述等價采樣信號，每個所述的頻率濾波器具有在指定傳送頻帶中的一個通過等價采樣信號頻率且濾去所有其它信號頻率的通帶，所述信號分析器還包括一個或者多個與每個所述頻率濾波器相關(guān)的信號通告器，所述信號通告器表明存在指定的傳送頻帶信號通過其關(guān)聯(lián)的頻率濾波器。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述探針還包括用于每個所述導(dǎo)電板的導(dǎo)電屏蔽，每個所述的導(dǎo)電屏蔽與其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的關(guān)系被放置得在空間上隔開；每個所述的緩沖濾波器以與來自其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的采樣信號相同的極性和基本上相同的信號大小提供所述等價采樣信號；以及每個所述的導(dǎo)電屏蔽從通常關(guān)聯(lián)的一個所述的緩沖放大器接收等價采樣信號，從而使得導(dǎo)電屏蔽的電壓信號電勢基本上等于其關(guān)聯(lián)的板的電壓信號電勢。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器是具有最小共模輸入阻抗為1012歐姆的運算放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器在其非反向信號輸入端接收來自其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的采樣信號；以及每個所述的終端阻抗包括一個從所述非反向信號輸入端到信號地的，與所述緩沖放大器的共模輸入阻抗的并聯(lián)的電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述電阻具有最小電阻值為一千兆歐姆。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電阻包括碳質(zhì)電阻器。
7.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括傳感器外殼，用于把所述信號調(diào)節(jié)器電路和所述信號分析器封裝在其主體內(nèi)，且用于把所述探針封裝在其末端的探針部分，所述外殼具有一個用于安裝所述信號通告器的表面區(qū)域，且適合于被用戶放置靠近一個或者多個導(dǎo)體。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述通告器包括視覺指示器。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述視覺指示器包括發(fā)光二極管。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述通告器包括聽覺指示器。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述聽覺指示器包括揚聲器。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述聽覺指示器包括耳機。
13.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中與每個所述頻率濾波器相關(guān)的所述信號通告器包括視覺指示器和聽覺指示器的組合。
14.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述外殼包括塑料材料。
15.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述外殼表面還包括抗靜電劑的局部涂層。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述抗靜電劑特別應(yīng)用在外殼探針部分的表面。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中抗靜電劑是表面活性劑。
18.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中每個所述導(dǎo)電板和其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽基本上是平面的。
19.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中每個所述導(dǎo)電板和其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽基本上是曲線的，以允許通過導(dǎo)電板支撐線路導(dǎo)體。
20.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述信號分析器把所述經(jīng)過的等價采樣數(shù)字信號提供到其一輸出端；以及所述傳感器外殼還包括用于提供用戶訪問經(jīng)過的等價采樣數(shù)字信號的信號連接器，以用于補充信號分析。
21.一種用于在一對導(dǎo)體上指定的傳送頻帶內(nèi)，檢測單獨傳送或者聯(lián)合傳送的模擬和數(shù)字信號的信號波形的設(shè)備，其特征在于包括具有第一和第二導(dǎo)電板的探針，每個導(dǎo)電板連接到關(guān)聯(lián)的終端阻抗且適合于靠近相關(guān)的兩個導(dǎo)體中的一個放置，以分別從相關(guān)的導(dǎo)體把在每個指定的傳送頻帶內(nèi)傳送的信號的第一和第二信號采樣電容性耦合到關(guān)聯(lián)的終端阻抗；信號調(diào)節(jié)電路，具有第一和第二緩沖器電路，它們分別響應(yīng)在所述第一和第二板的所述終端阻抗處的所述第一和第二信號采樣信號，分別用于在其輸出端提供第一和第二等價采樣信號，所述信號調(diào)節(jié)電路還包括具有分別響應(yīng)所述第一和第二等價采樣信號的第一和第二信號輸入端的差分信號放大器，用于在其輸出端向所述信號分析器提供正比于它們之間的差分和的差分采樣信號；以及信號分析器，用于在一個或者多個頻率濾波器中的每一個接收所述差分采樣信號，每個所述的頻率濾波器具有在指定傳送頻帶中的一個通過等價采樣信號頻率且濾去所有其它信號頻率的通帶，所述信號分析器還包括一個或者多個與每個所述頻率濾波器相關(guān)的信號通告器，所述信號通告器表明存在指定的傳送頻帶信號通過其關(guān)聯(lián)的頻率濾波器。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述探針還包括用于每個所述導(dǎo)電板的導(dǎo)電屏蔽，每個所述的導(dǎo)電屏蔽與其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的關(guān)系被放置得在空間上隔開；所述第一和第二緩沖放大器以與分別從各自第一和第二導(dǎo)電板接收的采樣信號相同的極性和基本上相同的信號大小提供所述第一和第二等價采樣信號；每個所述的導(dǎo)電屏蔽從通常關(guān)聯(lián)的一個所述的緩沖放大器接收等價采樣信號，從而使得導(dǎo)電屏蔽的電壓信號電勢基本上等于其關(guān)聯(lián)的板的電壓信號電勢。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器是具有最小共模輸入阻抗為1012歐姆的運算放大器。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器在其非反向信號輸入端接收來自其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的采樣信號；以及每個所述的終端阻抗包括一個從所述非反向信號輸入端到信號地的、與所述緩沖放大器的共模輸入阻抗的并聯(lián)的電阻。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述電阻具有最小電阻值為一千兆歐姆。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述電阻包括碳質(zhì)電阻器。
27.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，還包括傳感器外殼，用于把所述信號調(diào)節(jié)器電路和所述信號分析器封裝在其主體內(nèi)，且用于把所述探針封裝在其末端的探針部分，所述外殼具有一個用于安裝所述信號通告器的表面區(qū)域，且適合于被用戶放置靠近一個或者多個導(dǎo)體。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述通告器包括視覺指示器。
29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述視覺指示器包括發(fā)光二極管。
30.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述通告器包括聽覺指示器。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述聽覺指示器包括揚聲器。
32.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述聽覺指示器包括耳機。
33.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中關(guān)聯(lián)于每個所述頻率濾波器的所述信號通告器包括視覺指示器和聽覺指示器的組合。
34.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述外殼包括塑料材料。
35.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述外殼表面還包括抗靜電劑的局部涂層。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述抗靜電劑特別應(yīng)用在外殼探針部分的表面。
37.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中抗靜電劑是表面活性劑。
38.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中每個所述導(dǎo)電板和其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽基本上是平面的。
39.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中每個所述導(dǎo)電板和其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽基本上是曲線的，以允許通過導(dǎo)電板支撐線路導(dǎo)體。
40.一種用于在一對導(dǎo)體上指定的傳送頻帶內(nèi)，檢測單獨傳送或者聯(lián)合傳送的模擬和數(shù)字信號的信號波形的方法，其特征在于包括把來自一導(dǎo)體的傳送的信號的采樣信號電容性耦合到一終端阻抗；在終端阻抗處調(diào)節(jié)采樣信號，以低源阻抗信號的形式提供一等價采樣信號；用多個不同通帶頻率的濾波器濾波等價采樣信號，其中每個不同通帶被選擇通過指定的傳送頻帶中不同的一個的等價采樣信號頻率且濾去所有其它的頻率；檢測通過一濾波器的指定傳送頻帶信號的存在；激活通告器以通知用戶通過的傳送頻帶信號的存在。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中耦合步驟包括使用一導(dǎo)電屏蔽來屏蔽電容性耦合裝置，來最小化采樣信號上的靜電效應(yīng)；向?qū)щ娖帘紊鲜┘拥葍r采樣信號，以最小化電流泄漏對采樣信號的影響。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中調(diào)節(jié)步驟包括從終端阻抗向具有最小共模輸入阻抗為1012歐姆的運算放大器的非反向輸入端提供采樣信號。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中耦合步驟還包括從所述非反向輸入端到信號地提供終端阻抗，如一與運算放大器共模輸入阻抗的并聯(lián)的電阻。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述電阻具有最小電阻值為一千兆歐姆。
45.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括使用一外殼以把電容性耦合裝置和其相關(guān)的屏蔽封裝在其探針部分，且在其表面安裝通告器，且適應(yīng)此外殼被用戶放置靠近一個或者多個導(dǎo)體。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中激活步驟還包括提供通告器，如視覺指示器、或聽覺指示器、或單獨的視覺指示器和聽覺指示器。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中激活步驟包括把聽覺指示器實現(xiàn)為外殼上表面安裝的揚聲器。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，還包括在外殼的表面涂敷抗靜電劑的局部涂層。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中抗靜電劑具體涂敷在外殼探針部分的表面。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，其中抗靜電劑是表面活性劑。
51.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括向外殼上一個或者多個輸出信號連接器提供等價采樣數(shù)字信號；以及為補充信號分析，使用戶便于在輸出信號連接器處訪問經(jīng)過的等價采樣數(shù)字信號。
52.一種用于在一對導(dǎo)體上指定的傳送頻帶內(nèi)，檢測單獨傳送或者聯(lián)合傳送的模擬和數(shù)字信號的信號波形的設(shè)備，所述裝置包括探針，具有連接到關(guān)聯(lián)的終端阻抗的至少一個導(dǎo)電板，所述導(dǎo)電板具有放在導(dǎo)電板和終端阻抗之間的關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽，所述導(dǎo)電板被適應(yīng)放置靠近導(dǎo)體對，以把在每個指定的傳送頻帶中傳送的信號的信號采樣電容性耦合到所述關(guān)聯(lián)的終端阻抗；信號調(diào)節(jié)電路，具有與每個所述導(dǎo)電板相關(guān)的緩沖放大器，所述緩沖放大器在所述終端阻抗處響應(yīng)所述采樣信號，以在其輸出端提供極性相同且信號大小基本上相同的等價采樣信號，所述等價采樣信號被從所述緩沖放大器輸出端提供到通常關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的導(dǎo)電屏蔽，以把所述屏蔽基本上維持在關(guān)聯(lián)的板的電壓信號電勢；信號分析器，用于在一個或者多個頻率濾波器中的每一個接收所述等價采樣信號，每個所述的頻率濾波器具有在指定傳送頻帶中的一個通過等價采樣信號頻率且濾去所有其它信號頻率的通帶，所述信號分析器還包括一個或者多個與每個所述頻率濾波器相關(guān)的信號通告器，所述信號通告器表明存在指定的傳送頻帶信號通過其關(guān)聯(lián)的頻率濾波器，其特征在于所述探針和所述信號調(diào)節(jié)電路被實現(xiàn)在基片上的組成元件的表面安裝配置，其中，所述導(dǎo)電板及其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽、和所述板之間的信號互連、屏蔽、和組成元件通過沉積在所述基片上的導(dǎo)電材料軌跡提供的；且根據(jù)需要，所述導(dǎo)電板的外圍和從所述導(dǎo)電板到所述關(guān)聯(lián)的緩沖放大器的采樣信號軌跡連接中的每個，都被具有和所述導(dǎo)電板基本相同的電壓信號電勢的共平面的軌跡屏蔽所限制，以最小化來自所述導(dǎo)電板的采樣信號和來自所述采樣信號軌跡通過基片的電流泄漏。
53.如權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中所述基片包括印刷電路板。
54.如權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器是具有最小共模輸入阻抗為1012歐姆的運算放大器。
55.如權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其中，每個所述的緩沖放大器在其非反向信號輸入端接收來自其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板的采樣信號；以及每個所述的終端阻抗包括一個從所述非反向信號輸入端到信號地的、與所述緩沖放大器的共模輸入阻抗的并聯(lián)的電阻。
56.如權(quán)利要求55所述的設(shè)備，其中所述電阻具有最小電阻值為一千兆歐姆。
57.如權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述電阻包括碳質(zhì)電阻器。
58.如權(quán)利要求52所述的設(shè)備，還包括傳感器外殼，用于封裝所述基片及所述安裝的探針、信號調(diào)節(jié)器電路和所述信號分析器，所述外殼具有一個表面區(qū)域用于安裝所述信號通告器，且適合于被用戶放置靠近一個或者多個導(dǎo)體。
59.如權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中，所述信號分析器把所述經(jīng)過的等價采樣數(shù)字信號提供到其一輸出端；以及所述傳感器外殼還包括用于為用戶提供訪問經(jīng)過的等價采樣數(shù)字信號的信號連接器，以用于補充信號分析。
全文摘要
一種非接觸信號分析器傳感器，在一對導(dǎo)體上指定的傳送頻帶內(nèi)，檢測單獨傳送或者聯(lián)合傳送的模擬和數(shù)字信號的信號波形。一種非接觸信號分析器傳感器，采用電容板(72，74)和導(dǎo)電屏蔽(76，78)以形成探針(62)、采用信號調(diào)節(jié)器(64)電路，其中包括連接到每個板的具有高輸入阻抗的緩沖放大器(88，90)、還采用了信號分析器(66)以把被檢測的信號進行分類。
文檔編號H04M1/24GK1413408SQ00817812
公開日2003年4月23日 申請日期2000年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者菲利普·道格拉斯, 艾倫G·約翰遜, 布倫特·比默 申請人:傳感器技術(shù)公司