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Dokumentenidentifikation DE102006026893A1 19.04.2007
Titel Sonde hoher Bandbreite
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto, Calif., US
Erfinder McTigue, Michael T., Loveland, Col., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026893
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse G01R 1/067(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01R 11/18(2006.01)A, L, I, 20060609, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Sondenkopf liefert ein elektrisches Signal an eine Empfangsvorrichtung. Der Sondenkopf weist eine Sondenspitze und ein Signal-Masse-Transportelement auf, und das Signal-Masse-Transportelement ist konfiguriert, um inhärente Federeigenschaften zu liefern.

Beschreibung[de]

Eine bestehende Schwierigkeit bei Spannungssonden hoher Bandbreite ist ein Minimieren von parasitären Verbindungseffekten bei einer Sonde, die auch eine hohe Verwendbarkeit bietet. Normalerweise ist die Qualität einer elektrischen Verbindung, die mit einer Spannungssonde hoher Bandbreite während eines manuellen Sondierens mit einem Testpunkt hergestellt wird, sehr anfällig gegenüber einer geringen Bedienungspersonbewegung. Jegliche Hand- oder Körperbewegung durch die Bedienungsperson kann die elektrische Verbindung entweder verschlechtern oder unterbrechen. Dementsprechend ist ein erwünschtes Verwendbarkeitsmerkmal eine bestimmte Menge an Mehrachsennachgiebigkeit, um eine normale Handbewegung zu gestatten, die auftritt, wenn ein Benutzer versucht, einen Kontakt zwischen der Sonde und einem Testpunkt zu halten. Da manuelle Sonden für mehrere Anwendungen konzipiert sein müssen, ist ein weiteres erwünschtes Verwendbarkeitsmerkmal eine variable Spanne zwischen den zwei Signalverbindungen. Da Hochfrequenzsonden verwendet werden, um auf Hochfrequenzschaltungen zuzugreifen, ist es ferner erwünscht, das physische Volumen der Sonde zu minimieren, um ordnungsgemäß auf Testpunkte innerhalb der kleinen Geometrien zuzugreifen, die normalerweise Hochfrequenzvorrichtungen zugeordnet sind.

Bestehende Sonden gehen auf die Verwendbarkeitsmerkmale einer variablen Spanne und einer z-Achsennachgiebigkeit dadurch ein, dass dieselben einen getrennten flexiblen geformten Massezusatz mit einem Federdraht oder einem Feder-Pogo aufweisen. Der getrennte Massezusatz ermöglicht eine feststehende Masse, während sich die andere Verbindung bewegt. Bei dieser Lösung ist eine z-Achsennachgiebigkeit nur bei der Masseverbindung verfügbar.

Bestehende Differenzsonden verwenden integrierte Anschlussstiftbuchsen an der Spitze der Sonde. Ein Benutzer führt entweder gerade Anschlussstifte oder gebogene Drahtanschlussstifte ein, um eine Verbindung mit den Testpunkten zu ermöglichen, die sondiert werden. Gebogene Drahtanschlussstifte ermöglichen eine variable Beabstandung. Eine Flexibilität bei dem Draht liefert eine gewisse z-Achsennachgiebigkeit, die Bandbreite, die diese Lösung verwendet, ist jedoch beschränkt. Einige existierende Differenzsonden mit höherer Bandbreite verwenden eine feste Beabstandung und keine z-Achsennachgiebigkeit. Merkmale, die eine variable Spanne liefern, erhöhen die parasitären Verbindungseffekte, wodurch die Sondenbandbreite verschlechtert wird. Eine weitere existierende Differenzsonde hoher Bandbreite ist in dem US-Patent Nr. 6,828,768 (hier „das '768-Patent") offenbart. Das '768-Patent lehrt einen Entwurf mit variabler Spanne und eine Mehrachsennachgiebigkeit. Eine variable Spanne wird durch eine Verwendung von Drehversatzspitzen erreicht. Eine Mehrachsennachgiebigkeit wird durch eine Verwendung von federbelasteten Zwillingssondenzylindern erreicht. Obwohl die Lehren des '768-Patents eine Sonde hoher Bandbreite mit variabler Spanne und Mehrachsennachgiebigkeit liefern, geschieht dies auf Kosten einiger Komplexität. Der Sondenkörper bei einem Ausführungsbeispiel des '768-Patents ist relativ groß, und die Komplexität stellt eine Herausforderung dar, die Geometrie der Sonde weiter herunterzuskalieren.

Es bleibt deshalb ein Bedarf an einer Sonde hoher Bandbreite mit variabler Spanne, Mehrachsennachgiebigkeit bestehen, die in der Lage ist, kleine Vorrichtungsgeometrien zu sondieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und eine Sondenkopfvorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie eine Sondenkopfvorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.

Ein Verständnis der vorliegenden Lehren kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gewonnen werden. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Differenzsondenkopfes gemäß den vorliegenden Lehren;

2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Sondenspitzen des Differenzsondenkopfes, wie derselbe in 1 der Zeichnungen gezeigt ist;

3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Komponente eines Sondenkopfes gemäß den vorliegenden Lehren;

4 eine Vordergrundrissansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sondenkopfes gemäß den vorliegenden Lehren;

5 eine Seitengrundrissansicht des Ausführungsbeispiels der Komponente des Sondenkopfes, die in 3 gezeigt ist;

6 eine Vordergrundrissansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Sondenkopfes gemäß den vorliegenden Lehren; und

7 eine Vordergrundrissansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Sondenkopfes gemäß den vorliegenden Lehren.

Unter spezifischer Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Differenzsondenkopfes 100 gemäß den vorliegenden Lehren zur Verbindung mit einem Sondenverstärker 102 gezeigt. Der Sondenkopf 100 kontaktiert Testpunkte an einer Vorrichtung oder einem System (nicht gezeigt), die bzw. das sondiert wird, und liefert ein elektrisches Signal an den Sondenverstärker 102 zur Präsentation an eine Empfangsvorrichtung, wie z. B. ein Oszilloskop (nicht gezeigt). Der Sondenkopf 100 gemäß den vorliegenden Lehren ist durch seinen Körper hindurch schmal, was die Fähigkeit verbessert, auf kleine Bereiche zuzugreifen, und die Sicht eines Benutzers auf die Testpunkte, die sondiert werden, nicht übermäßig behindert. Der schmale Sondenkopf 100 ermöglicht auch die Verwendung von mehreren Sondenköpfen, um auf mehrere Testpunkte zuzugreifen, die relativ nahe beieinander liegen. Bei dem spezifischen veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist ein Gehäuse des Verstärkers 102 der Griff eines Durchstöberungs- bzw. Browsersystems, was die Hand eines Benutzers in einem gewissen Abstand von den Testpunkten, die sondiert werden, platziert, was eine Überfüllung verringert und ferner eine unbehinderte Sicht auf die Testpunkte ermöglicht.

Ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Sondenverstärkers 102, das zur Verwendung bei dem Browsersystem gemäß den vorliegenden Lehren geeignet ist, ist der InfiniiMax-Sondenverstärker hoher Bandbreite, der von Agilent Technologies, Inc., erhältlich ist. Der Sondenverstärker 102 weist einen ersten und einen zweiten Verstärkerverbinder auf, um einen ersten und einen zweiten zusammenpassenden Verbinder 118, 120 aufzunehmen, die an einem Ende des Sondenkopfes 100 angeordnet sind. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Verbinder 118, 120 GPO/SMP-Verbinder. Andere geeignete Verbinder liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Lehren. Die Auswahl einer geeigneten Verbinderart ist teilweise durch Verbindergröße, Frequenzbandbreite der Signale, die zwischen dem Sondenkopf 100 und dem Sondenverstärker 102 übertragen werden, und andere praktische Überlegungen vorgegeben. Der Sondenkopf 100 ist von dem Sondenverstärker 102 trennbar, um eine Verwendung von mehreren Arten von Sondenkopf 100 für einen einzigen Sondenverstärker 102 zu ermöglichen, was ein Browsersystem kostengünstiger und reparierbarer macht, als wenn der Sondenkopf 100 und der Sondenverstärker 102 unitär wären.

Ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Sondenkopfs 100 weist zumindest ein Signal-Masse-Transportelement 106 auf, das eine Länge einer halbstarren Koaxialübertragungsleitung aufweist. Eine Sondenspitze 104 ist an einem distalen Ende des Signal-Masse-Transportelements 106 zum Sondieren von Testpunkten des Testobjekts verbunden. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist die Sondenspitze 104 austauschbar. Da die Sondenspitze 104 dazu neigt, eines der zerbrechlicheren Elemente in dem Sondenkopf 100 zu sein, verringert die austauschbare Sondenspitze 104 die Kosten einer Sondenkopfreparatur. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen des Sondenkopfes 100 und unter spezifischer Bezugnahme auf 2 der Zeichnungen ist ein Impedanzelement 200 an der Sondenspitze 104 angeordnet. Bei dem Impedanzelement 200 kann es sich um eine beliebige geeignete diskrete Impedanz oder ein Impedanznetzwerk handeln, die bzw. das zwischen der Sondenspitze 104 und dem Signal des Signal-Masse-Transportelements 106 angeordnet ist. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist das Impedanzelement 200 ein resistives Element oder ein resistiv-kapazitives Element, abhängig von der gewünschten Signalkonditionierung und Bandbreitenanforderungen.

Unter spezifischer Bezugnahme auf 3 der Zeichnungen ist das Signal-Masse-Transportelement 106 konfiguriert, um inhärente Federeigenschaften über seine Länge zu liefern. Ein Teilsatz entlang der Länge des Signal-Masse-Transportelementes 106 ist zu einem Federabschnitt 112 des Sondenkopfes 100 konfiguriert. Der Federabschnitt 112 ist zwischen der Sondenspitze 104 und dem Verbinder 118 angeordnet. Dementsprechend dient der Federabschnitt 112 dazu, die inhärenten Federeigenschaften bei dem Sondenkopf 100 zu liefern sowie als ein Teil des Signal-Masse-Transportelements 106 zu dienen. Druck, der bei der Sondenspitze 104 ausgeübt wird, führt zu einem gewissen Nachgeben innerhalb des Federabschnitts 112, was eine gewisse Nachgiebigkeit ermöglicht, um einen Kontakt mit einem Testpunkt bei Vorliegen von normalen Handbewegungen aufrechtzuerhalten. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist der Federabschnitt 112 zu einer allgemein planaren Schleife 300 gebogen, die zu dem Signal-Masse-Transportelement 106 parallel ist. Ein Radius der Biegungen bei dem Mikrokoax, die die Schleife 300 bilden, ist nicht kleiner als ein minimaler Biegeradius für das Mikrokoax, so dass derselbe nicht die Bandbreite des Signal-Masse-Transports 106 beeinflusst. Andere Ausführungsbeispiele, die inhärente Federeigenschaften liefern, umfassen eine Helix, wie es in 6 der Zeichnungen gezeigt ist, und ein planares krummliniges Element, wie es in 7 der Zeichnungen gezeigt ist. Andere Formen, die inhärente Federeigenschaften liefern, werden ebenfalls durch die vorliegenden Lehren in Betracht gezogen. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist das Signal-Masse-Transportelement 106 aus einer Länge von halbstarrem Mikrokoaxialkabel gebildet. Eine Länge des halbstarren Mikrokoax ist lang genug, um eine geringe Verjüngung zusätzlich zu der Form zu liefern, die die inhärenten Federeigenschaften liefert, jedoch nicht so lang, dass es schwierig wird, dass der Sondenkopf eine Verbindung mit dem sondierten Testpunkt aufrechterhält. Eine Auswahl von geeigneten Längen kann irgendwo zwischen 1,5 Zoll (circa 3,8 cm) und 4 Zoll (circa 10 cm) bei Verwendung von derzeit bekannten Materialien liegen. Andere Materialen, die derzeit bekannt sind oder die in Zukunft bekannt werden können, können sich davon unterscheidende Längen unterstützen, abhängig von der Starrheit des Materials und den Notwendigkeiten irgendeiner spezifischen Anwendung. Der Durchmesser des halbstarren Koax beeinflusst die Federeigenschaften des Sondenkopfes, und unterschiedliche Eigenschaften können bei bestimmten Anwendungen geeignet sein. Ein spezifisches Ausführungsbeispiel, das für viele Anwendungen als nützlich erachtet wird, verwendet ein halbstarres Mikrokoax, das einen Durchmesser von 0,047 Zoll (circa 0,119 cm) aufweist. Ein halbstarres Mikrokoax größeren Durchmessers, z. B. 0,086 Zoll (circa 0,218 cm), ist steifer und liefert ein geringeres Nachgeben bei seinem Federabschnitt 112 als Ausführungsbeispiele mit kleineren Durchmessern. Ein halbstarres Mikrokoax kleineren Durchmessers, z. B. 0,020 Zoll (circa 0,0508 cm), ist weniger steif und zerbrechlicher, liefert jedoch mehr Bewegungsspanne bei seinem Federabschnitt. Andere Längen und Durchmesser sind ebenfalls geeignet, abhängig von der gewünschten Konfiguration des Federabschnitts, dessen Entwurf und Konfiguration im Bereich der Fähigkeiten eines Fachmanns liegen, dem der Vorteil der vorliegenden Lehren geliefert wird.

Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen weist bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel eines Differenzsondenkopfes der Sondenkopf 100 zwei identisch konfigurierte erste und zweite Sondenspitzen 104, 108 und ein erstes und ein zweites Signal-Masse-Transportelement 106, 110 auf, die mit einem Verbindungsbalken 116 zusammengehalten werden. Bei dieser Konfiguration ist der Federabschnitt 112 an jeder Sondenspitze 104, 108 ausgerichtet und befindet sich entlang der Länge des Sondenkopfes 100 in der gleichen Position. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel weisen zwei Schieber 114 jeder eine einzelne Hülse auf, wobei eine Hülse an jedem Signal-Masse-Transportelement 106, 110 angeordnet ist, um sich entlang der Länge des Signal-Masse-Transportelements 106, 110 zwischen der Sondenspitze 104, 108 und dem Federabschnitt 112 zu bewegen. Distale Enden eines Massedrahts 202 sind an jedem Schieber 114 angebracht. Unter spezifischer Bezugnahme auf 2 der Zeichnungen, die eine detailliertere Ansicht eines Sondenspitzenendes des Sondenkopfes zeigt, ist eine Halteschleife 204 nahe jeder Sondenspitze 104 angeordnet und stellt einen elektrischen Kontakt mit jeweiligen Massen der Signal-Masse-Transportelemente 106, 110 her. Der Massedraht 202erstreckt sich von einem der Schieber 114 durch die zwei Halteschleifen 204 und zu dem anderen Schieber 114. Bei einem Aspekt gemäß der vorliegenden Lehren liefert der Massedraht 202 eine elektrische Erdung von Sondenspitze 104 zu Sondenspitze 104. Wie ein Fachmann erkennen wird, verringert die große Nähe der Sondenspitze 104 zu Masse 202 den Signal-zu-Masse-Schleifenabstand, was parasitäre Impedanzen verringert und eine Übertragung hoher Bandbreite durch die Signal-Masse-Transportelemente 106, 110 ermöglicht. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren sind die Signal-Masse-Transportelemente 106, 110 einen festen Abstand voneinander beabstandet. Insbesondere beträgt die Beabstandung von Sondenspitze 104 zu Sondenspitze 104 etwa 3 Zoll (circa 7,6 cm). Die Schieber 114 können variabel entlang jeweiligen Signal-Masse-Transportelementen positioniert sein. Abhängig davon, wo die Schieber 114 entlang der Signal-Masse-Transportelemente 106, 110 positioniert sind, verkürzt oder verlängert der Abschnitt von Massedraht 202, der sich zwischen den zwei Halteschleifen 204 erstreckt, die Beabstandung von Halteschleife 204 zu Halteschleife 204. In dem Maße, in dem der Abschnitt, der sich zwischen den zwei Halteschleifen 204 erstreckt, kürzer wird, bringt derselbe die Sondenspitzen 104, 108 zusammen, wodurch die Beabstandung von Sondenspitze 104 zu Sondenspitze 108 verringert wird. In dem Maße, in dem der Abschnitt, der sich zwischen den zwei Halteschleifen 204 erstreckt, länger wird, ermöglicht derselbe, dass sich die Sondenspitzen 104, 108 nähern oder zu ihrer ursprünglichen Beabstandung zurückkehren. Dementsprechend dienen die Schieber 114, die an dem Massedraht 202 angebracht sind, dazu, den Masseabschnitt der Signal-Masse-Transportelemente 106, 110 nahe bei den Sondenspitzen 104, 108 zu erden sowie eine stabile Beabstandung von Sondenspitze 104 zu Sondenspitze 108 zu liefern.

Bestimmte Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren sind hier zu Veranschaulichungszwecken beschrieben. Andere Ausführungsbeispiele, die nicht speziell erwähnt sind, werden einem Fachmann mit dem Vorteil der vorliegenden Lehren einfallen, obwohl dieselben nicht speziell beschrieben sind, und dieselben werden als innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche liegend betrachtet. Deshalb sollen hier genannte Ausführungsbeispiele und Veranschaulichungen veranschaulichend sein, und der Schutzbereich der vorliegenden Lehren ist nur durch die angehängten Ansprüche beschränkt.


Anspruch[de]
Vorrichtung, die folgendes Merkmal aufweist:

einen Sondenkopf (100), der eine Sondenspitze (104) und ein Signal-Masse-Transportelement (106) aufweist, zur Präsentation eines sondierten Signals an eine Empfangsvorrichtung, wobei das Signal-Masse-Transportelement (106) konfiguriert ist, um inhärente Federeigenschaften zu liefern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sondenspitze und der Signal-Masse-Transport eine erste Sondenspitze (104) beziehungsweise ein erster Signal-Masse-Transport (106) sind, wobei der Sondenkopf (100) ferner eine zweite Sondenspitze (108) und ein zweites Signal-Masse-Transportelement (110) aufweist, wobei das zweite Signal-Masse-Transportelement (110) konfiguriert ist, um inhärente Federeigenschaften zu liefern. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der erste und der zweite Signal-Masse-Transport (106, 110) im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Signal-Masse-Transport (106) eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die einen Abschnitt aufweist, der als eine Schleife konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Schleife planar ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der die Schleife einen Radius umfasst, der nicht kleiner als eine Biegeradiusgrenze der Mikrokoaxialleitung ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Signal-Masse-Transport (106) eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die als eine Helix konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Helix einen Radius umfasst, der nicht kleiner als eine Biegeradiusgrenze der Mikrokoaxialleitung ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Signal-Masse-Transport eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die mit einem krummlinigen Abschnitt konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, die ferner einen Massemechanismus aufweist, der Massen des ersten und des zweiten Signal-Masse-Transportelements (106, 110) verbindet. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der der Massemechanismus entlang dem ersten und dem zweiten Signal-Masse-Transportelement (106, 110) gleitet, um einen Abstand zwischen der ersten Sondenspitze (104) und der zweiten Sondenspitze (108) einzustellen. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der ein Verstärker (102) zwischen dem Signal-Masse-Transportelement und der Empfangsvorrichtung angeordnet ist. Sondenkopfvorrichtung zur Verbindung mit einem Verstärker (102), die folgende Merkmale aufweist:

ein erstes und ein zweites Signal-Masse-Transportelement (106, 110), die in einer festen Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei jedes Signal-Masse-Transportelement eine Sondenspitze aufweist, wobei jedes Signal-Masse-Transportelement konfiguriert ist, um inhärente Federeigenschaften zu liefern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der der erste und der zweite Signal-Masse-Transport (106, 110) im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der der Signal-Masse-Transport (106) eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die einen Abschnitt aufweist, der als eine Schleife konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, bei der die Schleife planar ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, bei der die Schleife einen Radius umfasst, der nicht kleiner als eine Biegeradiusgrenze der Mikrokoaxialleitung ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der der Signal-Masse-Transport (106) eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die als eine Helix konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, bei der die Helix einen Radius umfasst, der nicht kleiner als eine Biegeradiusgrenze der Mikrokoaxialleitung ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der der Signal-Masse-Transport eine Mikrokoaxialleitung aufweist, die mit einem krummlinigen Abschnitt konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, die ferner einen Massemechanismus aufweist, der Massen des ersten und des zweiten Signal-Masse-Transportelements (106, 110) verbindet. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, bei der der Massemechanismus entlang dem ersten und dem zweiten Signal-Masse-Transportelement (106, 110) gleitet, um einen Abstand zwischen der ersten Sondenspitze (104) und der zweiten Sondenspitze (108) einzustellen.






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