CN114518476A - 信号测量电路装置 - Google Patents

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Abstract

一种信号测量电路装置，包含一电路板结构以及由该电路板结构所形成的一多导体传输线段、一高频测量探点段及一转换段，其中该转换段设置介于该多导体传输线段及该高频测量探点段之间以连接至该多导体传输线段及该高频测量探点段。该高频测量探点段包含一组高频测量探点；该组高频测量探点设置在该电路板结构的一第一金属层上以接触一高频探针以传输一高频信号。该电路板结构的一第二金属层定义一开槽；该开槽对应于该高频测量探点段及该转换段设置以协助该高频探针及该多导体传输线段之间的一模态转换。

Description

信号测量电路装置
技术领域
本发明有关于一种电路装置，特别是一种信号测量电路装置。
背景技术
在高频元件的设计与测试阶段，使用高频探针来测量高频元件；最常使用的高频探针为具有地-信号-地(通常简称为GSG)的排列的探针，如图3所示(高频探针20)，其中它的操作模态可以直接地对应到相关技术的共面波导(co-planar waveguide，通常简称为CPW)传输线。请参考图4，其为相关技术的共面波导场型模态剖视图。
相关技术的共面波导传输线在高频具有低损耗的优势；然而，在许多高频基板上，考虑许多因素，例如基板厚度以及多层板整合等等，相关技术的微带线(microstrip)以及相关技术的接地共面波导(grounded co-planar waveguide，通常简称为GCPW)是比较常用的传输线。请参考图5，其为相关技术的微带线场型模态与相关技术的接地共面波导场型模态的剖视图，其中图5的上半部显示相关技术的微带线场型模态剖视，而图5的下半部则显示相关技术的接地共面波导场型模态剖视。尤其是在毫米波频段，考虑许多因素，例如辐射损耗以及高频信号耦合等等，相关技术的接地共面波导是最常使用的传输线。
相关技术的接地共面波导的结构类似于相关技术的共面波导的结构，但是相关技术的接地共面波导的操作模态不同于相关技术的共面波导的操作模态；相关技术的接地共面波导的操作模态类似于相关技术的微带线的操作模态，有较多的能量储存于基板中；因此，当使用具有地-信号-地排列的探针探测相关技术的接地共面波导的传输线时，会发生模态转换的损耗以及阻抗的不匹配；一般而言，频率越高时上述问题越严重，过强的反射以及损耗会降低高频测量的准确度。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种信号测量电路装置。
为达成本发明的上述目的，本发明的信号测量电路装置应用于一高频探针，该信号测量电路装置包含：一电路板结构；一多导体传输线段，该多导体传输线段由该电路板结构所形成；一高频测量探点段，该高频测量探点段由该电路板结构所形成；及一转换段，该转换段由该电路板结构所形成，该转换段设置介于该多导体传输线段及该高频测量探点段之间以连接至该多导体传输线段及该高频测量探点段，其中该电路板结构包含：一第一金属层；一第二金属层；一介电质层，该介电质层设置介于该第一金属层及该第二金属层之间；及多个导通孔，该些导通孔连接至该第一金属层及该第二金属层，其中该高频测量探点段包含一组高频测量探点；该组高频测量探点设置在该第一金属层上以接触该高频探针以传输一高频信号；该第二金属层定义一开槽；该开槽对应于该高频测量探点段及该转换段设置以协助该高频探针及该多导体传输线段之间的一模态转换。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该电路板结构可为例如但本发明不限定为包含至少三层金属层的一多层电路板。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该组高频测量探点可为例如但本发明不限定为一组排列为地-信号-地(通常简称为GSG)的探点。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该多导体传输线段可为例如但本发明不限定为一接地共面波导(grounded co-planar waveguide，通常简称为GCPW)结构。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该多导体传输线段可为例如但本发明不限定为一微带线(microstrip)结构。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该开槽具有一宽度；如果该开槽的该宽度越靠近该多导体传输线段，则该开槽的该宽度越窄；如果该开槽的该宽度越靠近该高频测量探点段，则该开槽的该宽度越宽。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该开槽可为例如但本发明不限定为三角形的。
再者，在如上所述的本发明的信号测量电路装置的一具体实施例当中，该高频测量探点段包含连接至该第一金属层及该第二金属层的该些导通孔的一部分。
本发明的功效在于减少模态转换的损耗以提高高频测量的准确度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的信号测量电路装置的一具体实施例示意图。
图2为本发明的电路板结构的金属层的一具体实施例分解图。
图3为本发明的信号测量电路装置应用于高频探针的一具体实施例示意图。
图4为相关技术的共面波导场型模态剖视图。
图5为相关技术的微带线场型模态与相关技术的接地共面波导场型模态的剖视图。
图6为相关技术的接地面无开槽的电场向量切面图。
图7为本发明的接地面有开槽的电场向量切面图。
图8为本发明的第二金属层的各式各样的开槽示意图。
图9为本发明的电路板结构的另一具体实施例从一视角的分解图。
图10为本发明的电路板结构的另一具体实施例从另一视角的分解图。
其中，附图标记：
10:信号测量电路装置
20:高频探针
30:电路板结构
40:多导体传输线段
50:转换段
60:高频测量探点段
302:第一金属层
304:介电质层
306:第二金属层
308:导通孔
310:开槽
312:宽度
314:净空区
316:长度
318:次介电质层
402:接地共面波导线
602:高频测量探点
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
在本说明书当中，提供了许多特定的细节，以提供对本发明的具体实施例的彻底了解；然而，本领域技术人员应当知晓，在没有一个或更多个该些特定的细节的情况下，依然能实践本发明；在其他情况下，则未显示或描述众所周知的细节以避免模糊了本发明的主要技术特征。兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：
图1为本发明的信号测量电路装置的一具体实施例示意图，图2为本发明的电路板结构的金属层的一具体实施例分解图，图3为本发明的信号测量电路装置应用于高频探针的一具体实施例示意图，请同时参考图1、图2及图3；本发明的一种信号测量电路装置10应用于一高频探针20，该信号测量电路装置10包含一电路板结构30、一多导体传输线段40、一转换段50及一高频测量探点段60；该多导体传输线段40由该电路板结构30所形成，该高频测量探点段60由该电路板结构30所形成，该转换段50由该电路板结构30所形成，且该转换段50设置介于该多导体传输线段40及该高频测量探点段60之间以连接至该多导体传输线段40及该高频测量探点段60。须知图1、图2及图3仅为局部示意图，且图1、图2及图3的右边连接至待测高频元件(未示于图中)；例如，请参考图9或图10，该电路板结构30通过另一个高频探针20连接至待测高频元件(未示于图中)。
该电路板结构30包含一第一金属层302、一介电质层304、一第二金属层306(例如为一接地层)及多个导通孔308；该介电质层304设置介于该第一金属层302及该第二金属层306之间；该些导通孔308连接至该第一金属层302及该第二金属层306。该高频测量探点段60包含一组高频测量探点602；该组高频测量探点602设置在该第一金属层302上以接触该高频探针20以传输一高频信号。该第二金属层306定义一开槽310；该开槽310对应于该高频测量探点段60及该转换段50设置以协助该高频探针20及该多导体传输线段40之间的一模态转换。为简洁，图2的该第二金属层306上并未画出该些导通孔308。
该电路板结构30可为例如但本发明不限定为包含至少三层金属层的一多层电路板。该组高频测量探点602可为例如但本发明不限定为一组排列为地-信号-地(通常简称为GSG)的探点。该多导体传输线段40可为例如但本发明不限定为一接地共面波导(groundedco-planar waveguide，通常简称为GCPW)结构或一微带线(microstrip)结构。该开槽310具有一宽度312；如果该开槽310的该宽度312越靠近该多导体传输线段40，则该开槽310的该宽度312越窄；如果该开槽310的该宽度312越靠近该高频测量探点段60，则该开槽310的该宽度312越宽。该开槽310可为例如但本发明不限定为三角形的。该高频测量探点段60包含连接至该第一金属层302及该第二金属层306的该些导通孔308的一部分。
再者，请参考图8，其为本发明的第二金属层的各式各样的开槽示意图。该开槽310可为例如但本发明不限定为等腰三角形的、梯形的、以弧形/拋物线/渐开线与直线所围成的区域或是钥匙孔形的；基本上，邻近该多导体传输线段40的部位窄，且邻近该高频测量探点段60的部位宽，以达到调整电流分布以及场型模态的目的。
如果该多导体传输线段40为该接地共面波导结构，则如图3所示，该多导体传输线段40包含一接地共面波导线402，其传输线特征阻抗一般设计成测量系统的标准阻抗，用以将待测高频元件的高频信号导入或导出。由该高频探针20所测量的该高频测量探点段60的该组高频测量探点602的大小与间距需要与该高频探针20的间距配合。该转换段50用以处理该多导体传输线段40与该高频测量探点段60的几何与阻抗的渐变；在一些较低频率的应用，该转换段50可能被省略。
在一例子当中，该第二金属层306为一片完整的接地面(亦即，没有该开槽310)，且该第二金属层306有该些导通孔308连接至该第一金属层302的接地面；由于该高频测量探点段60下方有该第二金属层306的接地面，所以模态还是接地共面波导的形式，有许多能量储存于信号线与该第二金属层306的接地面之间；由于无法转化为地-信号-地探针的共面波导模态，因而产生阻抗不匹配与损耗。请参考图6，其为相关技术的接地面无开槽的电场向量切面图。
在另一例子当中，该高频测量探点段60下方的该第二金属层306的接地面以及该转换段50下方的该第二金属层306的接地面被完全地移除(或者是，该高频测量探点段60下方的该第二金属层306的接地面被完全地移除，而该转换段50下方的该第二金属层306的接地面被部分地(逐渐地)移除)，使得其能转换成共面波导模态；然而，由于该第二金属层306的接地面被大量地移除，因此该高频测量探点段60的共面波导的间距受到制程限制而无法达到很窄，如此容易产生高频信号较多的辐射损耗；亦即，由于印刷电路板的制程的限制，同层金属的间距(gap)下限为3～4mil，以此间距所构成的共面波导结构，在该第二金属层306的接地面的边界部连续处容易产生辐射泄漏。再者，该第二金属层306的被移除的接地面的下方需要足够的净空区(包括板厚方向以及侧向)，以避免高频信号耦合与反射干扰，这不利于以test coupon形式整合于系统中的测试结构或是对板厚敏感的设计。考量到制程线宽限制、多层板整合、系统整合等等，需要发展能兼顾测量性能与需求空间的该信号测量电路装置10。
本发明的该信号测量电路装置10是一种新的信号测量电路装置设计，巧妙地设计该第二金属层306的该开槽310的形状与位置，以有效地调整高频信号模态，并降低对净空区的要求以及减少辐射损失与耦合。本发明的该信号测量电路装置10包含下列特征：
1.该第二金属层306(接地层)的该开槽310对应地起始于该转换段50，并对应地结束于该高频测量探点段60；该开槽310的该宽度312为前窄后宽，以协助场型在传输线的接地共面波导与地-信号-地探针的共面波导模态之间转换；该开槽310的该宽度312以及一长度316(如图2所示)可依据需求频段被最佳化，以获得较佳的频宽特性。
2.该第二金属层306的该开槽310的外围被连接该第一金属层302与该第二金属层306的该些导通孔308包围，以维持各层的接地面等电位，并遏止高频信号往外部辐射泄漏。
3.图9为本发明的电路板结构的另一具体实施例从一视角的分解图，图10为本发明的电路板结构的另一具体实施例从另一视角的分解图；图9与图10所示的元件与前述附图所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。该电路板结构30更包含一次介电质层318，该次介电质层318设置于该第二金属层306的下面，该次介电质层318定义一净空区314，该净空区314设置于该第二金属层306的该开槽310的下方，以避免高频信号耦合。而该净空区314可大幅缩小；最后，获得在多层板整合、传输性能、辐射泄漏/耦合等等条件下最适合的信号测量电路装置。
结合上述特征，本发明的该信号测量电路装置10具有较优异的传输特性，并适合在多层电路板的结构中应用。请参考图7，其为本发明的接地面有开槽的电场向量切面图。本发明的该信号测量电路装置10保留该第二金属层306的大部分的接地面，该开槽310用以协助模态转换；如图7所示，本发明的电场相对于没有开槽的设计的电场(图6)，在中间信号线侧边与上方，本发明的电场的信号强度增加，而在中间信号线下方，本发明的电场的信号强度则减弱，使得其与该高频探针20的模态较为匹配。
本发明的功效在于减少模态转换的损耗以提高高频测量的准确度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种信号测量电路装置，应用于一高频探针，其特征在于，该信号测量电路装置包含：
一电路板结构；
一多导体传输线段，该多导体传输线段由该电路板结构所形成；
一高频测量探点段，该高频测量探点段由该电路板结构所形成；及
一转换段，该转换段由该电路板结构所形成，该转换段设置介于该多导体传输线段及该高频测量探点段之间以连接至该多导体传输线段及该高频测量探点段，
其中该电路板结构包含：
一第一金属层；
一第二金属层；
一介电质层，该介电质层设置介于该第一金属层及该第二金属层之间；及
多个导通孔，该些导通孔连接至该第一金属层及该第二金属层，
其中该高频测量探点段包含一组高频测量探点；该组高频测量探点设置在该第一金属层上以接触该高频探针以传输一高频信号；该第二金属层定义一开槽；该开槽对应于该高频测量探点段及该转换段设置以协助该高频探针及该多导体传输线段之间的一模态转换。
2.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该电路板结构为包含至少三层金属层的一多层电路板。
3.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该组高频测量探点为一组排列为地-信号-地的探点。
4.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该多导体传输线段为一接地共面波导结构。
5.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该多导体传输线段为一微带线结构。
6.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该开槽具有一宽度；如果该开槽的该宽度越靠近该多导体传输线段，则该开槽的该宽度越窄；如果该开槽的该宽度越靠近该高频测量探点段，则该开槽的该宽度越宽。
7.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该开槽为三角形的。
8.如权利要求1所述的信号测量电路装置，其特征在于，该高频测量探点段包含连接至该第一金属层及该第二金属层的该些导通孔的一部分。
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