CN1959418A - 高带宽探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探头。该探头将电信号提供到接收器件。探头具有探头顶端和信号接地传输元件，且信号接地传输元件构造为提供固有的弹簧属性。

Description

高带宽探头

技术领域

本发明涉及高带宽探头。

背景技术

对于高带宽电压探头的现存的困难在于最小化探头中的连接寄生效应，这也提供了更高的可用性。通常，在人工探测期间从高带宽电压探头到测试点所进行的电连接的质量非常容易受到操作者微小的移动的影响。由操作者进行的任何手或身体的移动使得电连接劣化或断开。因此，期望的可用性特征是一定量的多轴容许量，以允许当用户试图保持探头与测试点之间的接触时发生的正常的手移动。因为人工探头必须设计用于多种应用，所以另一个所期望的可用性特征是在两个信号连接之间可变的间距。因为高频探头用于访问高频电路，所以还期望的是最小化探头的物理体积，以合适地访问通常与高频器件相关的小几何结构内的测试点。

现有的探头通过包括具有弹簧线或弹簧跷(spring pogo)的分离柔性成形的接地配件而实现可变间距和z轴容许量的可用性特征。分离的接地配件允许在其他连接移动的同时的固定接地。在此方案中，仅对接地连接存在z轴容许量。

现有的差分探头在探头的顶端处使用一体的销插座。用户将直销或者弯曲的线销插入以允许连接到被探测的测试点。弯曲的线销允许可变的间距。线的柔性提供了一些z轴容许量，但是使用此方案的带宽受到限制。一些现有的具有更高带宽的差分探头使用固定间距，且不使用z轴容许量。提供可变间距的特征增强了连接寄生效应，从而使探头带宽劣化。在美国专利No.6,828,768(此后称作“‘768专利”)中公开了另一种现有的高带宽差分探头。‘768专利教导了一种可变间距设计和多轴容许量。通过旋转偏移顶端的使用来实现可变间距。通过双弹簧加载探头筒的使用实现多轴容许量。虽然‘768专利的教导提供了一种具有可变间距和多轴容许量的高带宽探头，但是它以复杂性的代价来实现此方案。在‘768专利的实施例中的探头主体相对较大，并且复杂性带来了进一步缩减探头几何尺寸的挑战。

因此，仍然存在对具有可变间距、多轴容许量的高带宽探头的需求，其能够探测较小的器件几何尺寸。

附图说明

结合附图，从以下详细说明，将获得对本教导的理解，附图中：

图1是根据本教导的差分探头的实施例。

图2是如附图的图1所示的差分探头的探头顶端的实施例的放大立体图。

图3是根据本教导的探头的部件的实施例的立体图。

图4是根据本教导的探头的实施例的正视图。

图5是如图3所示的探头的部件的实施例的侧视图。

图6是根据本教导的探头的可选实施例的正视图。

图7是根据本教导的探头的可选实施例的正视图。

图8是示出在根据本教导的实施例中使用的滑块的细节的立体图。

具体实施方式

具体参考附图的图1，示出了根据本教导的用于连接到探头放大器102的差分探头100的实施例的立体图。探头100接触被测试的器件或系统(未示出)上的测试点并将电信号提供到探头放大器102以引到诸如示波器(未示出)之类的接收器件。根据本教导的探头100在其主体上较细长，这增强了访问较小区域的能力，并且不会不适当地阻挡用户对被探测的测试点的观察。细长的探头100还允许多个探头的使用以访问相对靠近在一起的多个测试点。在所示具体实施例中，放大器102的壳体是浏览系统的把手，其将用户的手放置为远离被探测的测试点以减少拥挤并进一步允许对测试点的不受阻碍的观察。

根据本发明的教导，适用于浏览系统的探头放大102的具体实施例是可从安捷伦科技有限公司获取的高带宽InfiniiMax探头放大器。探头放大器102具有第一和第二放大器接头以接收布置在探头100的端部处的第一和第二匹配接头118、120。在具体实施例中，第一和第二接头118、120是GPO/SMP接头。其他合适的接头也落在本教导的范围内。对合适接头类型的选择部分地由接头尺寸、在探头100与探头放大器102之间传输的信号的频率带宽、和其他实际考虑来决定。探头100可与探头放大器102分离以允许用于对单个探头放大器102使用多种类型的探头100，使得浏览系统比探头100和探头放大器102成为整体的情况更便宜和更易修理。

探头100的具体实施例具有至少一个信号接地传输元件106，其包括一定长度的半刚性同轴电缆传输线。探头顶端104连接在信号接地传输元件106的远端处以用于探测被测试器件的测试点。在具体实施例中，探头顶端104是可更换的。因为探头顶端104趋向于成为探头100的更脆弱的元件之一，所以可更换的探头顶端104降低了探头修理的成本。在探头100的某些实施例中，并参考附图的图2，阻抗元件200布置在探头顶端104处。阻抗元件200可以是布置在探头顶端104与信号接地传输元件106的信号之间的任何合适的离散阻抗或阻抗网络。在具体实施例中，取决于所需的信号条件和带宽要求，阻抗元件200是电阻元件或电阻-电容元件。

具体参考附图的图3，信号接地传输元件106构造为在其长度上提供固有的弹簧属性。沿着信号接地传输元件106的长度的子集被构造为探头100的弹簧部分112。弹簧部分112布置在探头顶端104与连接器118之间。因此，弹簧部分112用于提供探头100中固有的弹簧属性，并用作信号接地传输元件106的一部分。施加在探头顶端104中的压力导致弹簧部分112内的一定可弯性，这允许一些容许量以在存在正常的手移动的情况下维持与测试点的接触。在具体实施例中，弹簧部分112弯曲为与信号接地传输元件106平行的基本平面的环300。在形成环300的微同轴电缆中的弯曲半径不小于用于微同轴电缆的最小弯曲半径，使得不影响信号接地传输元件106的带宽。提供固有弹簧属性的其他实施例包括如附图的图6所示的螺旋和如图7所示的平面曲线元件。通过本教导，还构思了提供固有弹簧属性的其他形状。在具体实施例中，信号接地传输元件106由一定长度的半刚性微同轴线缆制成。半刚性微同轴电缆的长度足够长以在提供固有弹簧属性的形状之外还提供细长的锥度形状，但也不会长到使探头变得笨拙，从而维持与被探测的测试点的连接。长度的近似范围可以是使用目前已知的材料的从1.5英寸到4英寸的任意尺寸。目前已知的或在将来将变为已知的材料可以取决于材料的刚性和任何具体应用的需求而支撑不同的长度。半刚性同轴电缆的直径影响探头的弹簧属性，而不同的属性可以适用于某些应用。有利于许多应用而考虑的具体实施例使用具有0.047英寸直径的半刚性微同轴电缆。更大直径的半刚性微同轴电缆(例如0.086英寸)比具有更小直径的实施例更为刚硬，并在其弹簧部分112中提供更小的可弯性。更小直径的半刚性微同轴电缆(例如0.020英寸)较为不刚硬，并更脆弱，但在其弹簧部分提供更大范围的移动。取决于弹簧部分的期望构造(对该弹簧部分的设计和构造落在本领域的普通技术人员在得到本教导的益处的情况下的能力范围内)，其他的长度和直径也是适用的。

参考附图中的图1，在差分探头的具体实施例中，探头100包括两个相同构造的第一和第二探头顶端104、108，以及用系杆116保持在一起的第一和第二信号接地传输元件106、110。在此构造中，每个探头顶端104、108上的弹簧部分112对准，并在沿着探头100长度的相同位置上。在具体实施例中，两个滑块114每个包括单个轴套，每个轴套布置在每个接地传输元件106、110上以沿着信号接地传输元件106、110的长度在探头顶端104、108和弹簧部分112之间行进。接地导线202的远端附装到每个滑块114。

具体参考附图中的图2(其示出了探头的探头顶端部的更详细视图)，保持元件204布置为靠近每个探头顶端104并与信号接地传输元件106、110的各自的屏蔽进行电接触。在具体实施例中，保持元件204是保持环的形式，但也可以包括保持钩或开口环。地线202从滑块114中的一个穿过两个保持元件204延伸到另一个滑块114。保持元件204松散地持握地线202，并在地线202和信号接地传输元件106、110的屏蔽之间进行电接触，同时还允许地线202自由地移动经过保持元件204。在根据本教导的一个方面，地线202提供了从一个探头顶端104的屏蔽到另一个探头顶端104的屏蔽的电接地。如本领域的普通技术人员可以理解的，探头顶端104在接地机构202、204的附近降低了信号到接地回路的距离，这减小了寄生阻抗，并允许通过信号接地传输元件106、110的高带宽传输。在根据本教导的具体实施例中，信号接地传输元件106、110互相间隔固定的距离。具体地，探头顶端104对探头顶端104的间距是约0.030英寸，并在具体实施例中可以是从20到40密耳(mil)范围的间距。滑块114可以沿着各个信号接地传输元件可变地定位。取决于滑块114沿着信号接地传输元件106、110定位的位置，地线202的在两个保持元件204之间延伸的部分缩短或延长了保持元件204对保持元件204的间距。随着在两个保持元件204之间延伸的部分缩短，探头顶端104、108被一起靠近，从而减小了探头顶端104对探头顶端108的间距，同时还使地线202的与两个保持元件接触的部分保持笔直，这提供了在越过间隔的最短接地回路。在不合理的极限情况下的顶端对顶端间隔可以小到顶端接触，并可以大到100密耳。如本领域的普通技术人员可以理解的，间隔的范围取决于探头及其部件的具体尺寸和设计。随着在两个保持元件204之间延伸的部分延长，其允许探头顶端104、108达到或回到其初始间距，同时还使地线202保持笔直。因此，附装到地线202的滑块114用于将信号接地传输元件106、110的靠近探头顶端104、108的部分的屏蔽接地，并界定了能在提供屏蔽之间最短的接地回路长度的情况下提供稳定的探头顶端104对探头顶端104的间距的中间位置。

地线202优选的是柔性、导电并结实的，使得其可以随着滑块114沿着信号接地传输元件106、110的移动而通过保持元件204滑动，从而界定中间位置。具体参考附图的图8，地线202的端部可以附装到各自的弹簧800。地线202的各个端部连接到每个弹簧800的方式可以是任何一致的或将在以后研究的取决于所使用的材料的保持方法。在具体实施例中，每个地线202的端部连接到弹簧800。其他方法包括焊接、卷边或其他机械连接载体。每个弹簧800布置在各个信号接地传输元件106、110和相关的滑块114之间。每个弹簧还附装到其各自的滑块114。弹簧800和滑块114支持至少两种探头100的使用模式。在第一使用模式中，用于多个测试点的探头间距基本恒定。因此，在第一使用模式中，用户设定探头顶端对探头顶端的间距，或“间隔”，并以固定间隔在测试点之间移动。在第二使用模式中，用于多个测试点的探头间距是变化的。在第二使用模式中，用户放置一个探头顶端并将另一个探头顶端移动到合适的点。随着用户在感兴趣的测试点之间移动，弹簧800吸收地线202中的多余松弛或给地线202额外的长度以探测测试点，并接着当探头100从被探测的测试点移除时返回到中间位置。在具体实施例中，地线202具有0.005英寸的直径，并弯折超过0.005英寸的半径。导电的并对于本应用足够结实和柔性的材料是杜邦公司销售的名称是Aracon^的导电芳族尼龙(Aramid)线。对于地线202的可选材料是导电Kevlar^。地线202可以具有圆形、矩形或其他形状的横截面。

此处出于解释的目的说明了根据本教导的某些实施例。对于普通技术人员之一，在具有本教导益处的情况下将可以进行未具体涉及的其他实施例，即使这些实施例未被具体描述，且这些具体实施例落在所附权利要求的范围内。因此，此处的实施例和解释仅是解释性的，且本教导的范围仅由所附权利要求所限。

Claims (26)

1.一种装置，包括：

探头，所述探头具有用于将所探测的信号引到接收器件的探头顶端和信号接地传输元件，所述信号接地传输元件被构造为提供固有的弹簧属性。

2.如权利要求1所述的装置，所述探头顶端和所述信号接地传输元件分别是第一探头顶端和第一信号接地传输元件，所述探头还包括第二探头顶端和第二信号接地传输元件，所述第二信号接地传输元件被构造为提供固有的弹簧属性。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述第一和第二信号接地传输元件具有基本相同的构造。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括具有构造为环的部分的微同轴电缆线。

5.如权利要求4所述的装置，所述环是平面的。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述环包括不小于所述微同轴电缆的弯曲半径限制的半径。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括构造为螺旋的微同轴电缆线。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述螺旋包括不小于所述微同轴电缆的弯曲半径限制的半径。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括构造有曲线部分的微同轴电缆线。

10.如权利要求2所述的装置，还包括接地机构，所述接地机构将所述第一和第二信号接地传输元件的接地互连。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述接地装置包括连接到滑块的地线，所述滑块布置在所述第一和第二信号接地传输元件上，以调节所述第一探头顶端和所述第二探头顶端之间的距离。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述接地机构还包括将地线和所述滑块互连的弹簧。

13.如权利要求10所述的装置，其中所述接地机构包括在每个所述探头顶端处电连接到每个所述信号接地传输元件的接地的各个保持元件，以及穿过所述保持元件的地线，其中所述保持元件持握所述地线并与所述地线进行电接触。

14.如权利要求1所述的装置，其中放大器布置在所述信号接地传输元件和所述接收器件之间。

15.一种探头装置，用于连接到放大器，所述探头装置包括：彼此布置为固定关系的第一和第二信号接地传输元件，每个信号接地传输元件都具有探头顶端，每个信号接地传输元件都构造为提供固有的弹簧属性。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二信号接地传输元件具有基本相同的构造。

17.如权利要求15所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括具有构造为环的部分的微同轴电缆线。

18.如权利要求17所述的装置，所述环是平面的。

19.如权利要求17所述的装置，其中所述环包括不小于所述微同轴电缆的弯曲半径限制的半径。

20.如权利要求15所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括构造为螺旋的微同轴电缆线。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述螺旋包括不小于所述微同轴电缆的弯曲半径限制的半径。

22.如权利要求15所述的装置，其中所述信号接地传输元件包括构造有曲线部分的微同轴电缆线。

23.如权利要求15所述的装置，还包括接地机构，所述接地机构将所述第一和第二信号接地传输元件的接地互连。

24.如权利要求23所述的装置，其中所述接地装置包括连接到滑块的地线，所述滑块布置在所述第一和第二信号接地传输元件上，以调节所述第一探头顶端和所述第二探头顶端之间的距离。

25.如权利要求24所述的装置，其中所述接地机构还包括将所述地线和所述滑块互连的弹簧。

26.如权利要求23所述的装置，其中所述接地机构包括在每个所述探头顶端处电连接到每个所述信号接地传输元件的接地的各个保持元件，以及穿过所述保持元件的地线，其中所述保持元件持握所述地线并与所述地线进行电接触。

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