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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzschaltung, die eine
Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung eines symmetrischen
Eingangssignals umfasst, sowie auf ein Verfahren zum Testen dieser
Hochfrequenzschaltung.
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Ausführungsformen
der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf Hochfrequenzschaltungen und
auf Verfahren zu deren Test.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektronische
Bauteile und Chips werden während
der Produktion oder im Anschluss an die Produktion getestet. Automatische
Testvorrichtungen (automatic test equipment, ATE) können zum
Beispiel dazu genutzt werden, um Chips oder elektronische Bauteile
marginalen Tests, Parametertests oder Funktionstest zu unterziehen.
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Zum
Testen der Funktion von differentiellen integrierten Schaltungen
wird im Allgemeinen ein symmetrisches (differentielles) Test-Eingangssignal benötigt, um
die fehlerfreie Funktion der Schaltung zu testen. Insbesondere bei
Schaltungen für
den Höchstfrequenzbereich
ab etwa 20 GHz tritt dabei das Problem auf, dass die Generierung
entsprechender differentieller Testsignale wegen der sehr geringen
Wellenlängen
im Millimeterbereich technisch schwierig ist, denn auf Grund mechanischer
Toleranzen und Fertigungstoleranzen kann die notwendige Phasendifferenz
von 180 Grad häufig
nicht sichergestellt werden. Entsprechende Geräte wie etwa Frequenzgeneratoren
mit symmetrischem Ausgang sind zudem sehr kostenintensiv. Daher ist
das Testen von Höchstfrequenzschaltungen
mit differentiellen Eingang problematisch, was zudem in der mangelnden Verfügbarkeit
von entsprechender Messtechnik wie differentiellen Messspitzen für den Frequenzbereich ab
etwa 20 GHz begründet
ist.
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Die
DE 40 27 686 A1 offenbart
eine integrierte Schaltung aus zwei integrierten Schaltkreisen mit einer
Anschlussklemmenstruktur für
symmetrischen Betrieb. In der
US 3 517 306 A und der
US 4 943 955 A sind Testverfahren
offenbart, die asymmetrische Testsignale verwenden.
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Auf
Grund der vorgenannten Schwierigkeiten werden derartige Höchstfrequenzschaltungen häufig mittels
alternativer Verfahren getestet, etwa durch Messung von Gleichstrom-
und Niederfrequenzeigenschaften. Diese Ergebnisse werden teilweise zusätzlich mit
Daten der Überwachung
des Herstellungsprozesses (Process Control Monitoring – PCM) korreliert.
Bei solchen oder ähnlichen
Verfahren findet jedoch keine Messung der eigentlichen Funktion der
Bauteile statt. Daher führen
sie in der Regel zu höheren
Raten an nicht erkannten Fehlern als Tests, die die Funktion der
Bauteile unter praxisnäheren
Bedingungen betreffen.
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Vor
dem Hintergrund stetig steigender Qualitätsansprüche von Abnehmerkreisen sind
daher kostengünstige
Testverfahren wünschenswert,
die eine hohe Fehlererkennungsrate durch funktionale Messung der
Höchstfrequenzeigenschaften
von Bauteilen ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Bezug hierauf ist eine Hochfrequenzschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, eine Standardzelle
gemäß dem unabhängi gen Anspruch
12, ein Entwurfssystem für
den Entwurf von Hochfrequenzschaltungen gemäß dem unabhängigen Anspruch 23 und ein
Verfahren zum Testen einer Hochfrequenzschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch
24 zur Verfügung
gestellt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den Figuren.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist eine Hochfrequenzschaltung zur Verfügung gestellt. Sie umfasst
eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung eines symmetrischen
Eingangssignals, sowie zwei Signaleingänge zur Aufnahme des symmetrischen
Eingangssignals und einen als Massepunkt für das symmetrische Signal dienenden
Anschluss. Eine Leitung verbindet die Signaleingänge, deren Länge im Wesentlichen
einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge des
Eingangssignals entspricht.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist eine Standardzelle zur Verwendung in einem Entwurfssystem
für den
Entwurf von Hochfrequenzschaltungen bereitgestellt. Die Standardzelle umfasst
zwei Signaleingänge
zur Aufnahme eines symmetrischen Eingangssignals, einen als Massepunkt
für das
symmetrische Signal dienenden Anschluss, sowie eine die Signaleingänge verbindende Leitung
mit einer Länge,
die im Wesentlichen einem ungeradzahligen Vielfachen der halben
Wellenlänge des
Eingangssignals entspricht.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist ein Entwurfssystem für den Entwurf von Hochfrequenzschaltungen
bereitgestellt. Das Entwurfssystem umfasst eine Standardzellendatenbank zur
Speicherung der Parameter von Standardzellen, wobei in der Standardzellendatenbank
die Parameter einer erfindungsgemäßen Standardzelle gespeichert sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Testen einer Hochfrequenzschaltung, die eine
Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung eines symmetrischen
Eingangssig nals aufweist, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren
umfasst die Schritte: Das Bereitstellen einer Hochfrequenzschaltung,
das Anlegen eines asymmetrischen hochfrequenten Testsignals zwischen
einem der Signaleingänge
und dem als Massepunkt dienenden Anschluss, sowie das Messen einer
Signalantwort der Hochfrequenzschaltung.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand von in den anhängenden
Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen
Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombination
eines Ausführungsbeispiels
mit Merkmalen und Merkmalkombinationen eines anderen Ausführungsbeispiels zu
kombinieren.
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1a–1c zeigen
jeweils eine Hochfrequenzschaltung mit einer die Signaleingänge verbindenden
Leitung gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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2 zeigt
eine Hochfrequenzschaltung, wobei eine die Signaleingänge verbindende
Leitung um einen Massepunkt herumgeführt ist, gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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3 zeigt
einen Ausschnitt einer Hochfrequenzschaltung, wobei eine Unterbrechungseinheit vorgesehen
ist, gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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4 zeigt
einen weiteren Ausschnitt einer Hochfrequenzschaltung, wobei ein
Schalter als Unterbrechungseinheit vorge sehen ist, der zwischen
einem Anschluss-Pad eines Signaleingangs und der Leitung vorgesehen
ist, gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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5 zeigt
einen weiteren Ausschnitt einer Hochfrequenzschaltung, wobei eine
Fuse als Unterbrechungseinheit vorgesehen ist, die zwischen einem
Anschluss-Pad eines Signaleingangs und der Leitung vorgesehen ist,
gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Testen einer
Hochfrequenzschaltung, die eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung
eines symmetrischen Eingangssignals aufweist, gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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Um
das Verständnis
der Beschreibung zu vereinfachen, werden im Folgenden identische
Referenznummern verwendet, wenn es sich um identische Elemente handelt,
die gemeinsam in den Figuren verwendet werden. Es ist vorgesehen,
dass Elemente in einer Ausführungsform
auch in einer anderen Ausführungsform
verwendet werden können, ohne
dass dies jeweils einzeln erwähnt
wird.
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1a zeigt
schematisch eine Ausführungsform
einer Hochfrequenzschaltung 5. Die Hochfrequenzschaltung
umfasst eine Signalverarbeitungseinheit 10 zur Verarbeitung
eines symmetrischen Eingangssignals. Zwei Signaleingänge 20, 30 dienen zur Aufnahme
des symmetrischen Eingangssignals. Ein Anschluss 40 dient
als Massepunkt für
ein symmetrisches Eingangssignal. Die beiden Signaleingänge 20, 30 sind über eine
Leitung 50 verbunden, deren Länge im Wesentlichen einem ungeraden ganzzahligen
(1, 3, 5, 7, etc.) Vielfachen der halben Wellenlänge λ des Eingangssignals entspricht (λ/2-Phasenleitung).
Ferner umfasst die Hochfrequenzschaltung 5 einen oder mehrere
Ausgänge (nicht
abgebildet) für
das durch die Signalverarbeitungseinheit verarbeitete Signal, welches
als Ausgangssignal bezeichnet wird.
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Die 1b und 1c zeigen
weitere Ausführungsformen
der Hochfrequenzschaltung 5. In 1b sind
die beiden Signaleingänge 20, 30 und der
Massepunkt 40 nach einem Schema Signaleingang 20 – Signaleingang 30 – Massepunkt 40 in
einer Reihe angeordnet. 1c zeigt
eine Ausführungsform,
bei der mehrere Massepunkte 40 vorgesehen sind. Erfindungsgemäß sind verschiedenste
Anordnungen eines oder mehrerer Massepunkte 40 in Relation
zu den Signaleingängen 20, 30 möglich, wobei auch
Ausführungen
mit unterschiedlichen Formen und Größen der Massepunkte 40 möglich sind.
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Durch
die Verbindung der beiden Signaleingänge 20, 30 mit
der Leitung 50 tritt ein Effekt ein, der die Anwendung
eines vereinfachten Testverfahrens nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermöglicht.
Wird ein asymmetrisches Höchstfrequenz-Eingangssignal nur
an einen der beiden Eingänge 20, 30 gegen
den Massepunkt angelegt, so wird ein Teil dieses Signals über die
Leitung 50 um 180° Grad
phasenverschoben an den anderen Signaleingang geleitet. Dabei ist
die Impedanz der Leitung von untergeordneter Bedeutung, solange
ihre Länge
den Phasenversatz von 180° Grad
gewährleistet.
Auf diese Weise wird aus einem asymmetrischen Eingangssignal ein
quasi-symmetrisches Eingangssignal generiert. Folglich kann die
Hochfrequenzschaltung mit einer kostengünstigen Testumgebung, nämlich einem
asymmet rischen Signalgenerator und konventionellen Messspitzen,
getestet werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen die beiden Signaleingänge 20, 30 jeweils
eine Impedanz von 50 Ohm reell auf, was einer differentiellen Impedanz
von 100 Ohm entspräche.
Wird ein asymmetrisches Signal an einen der beiden Eingänge 20, 30 angelegt,
so steht an dem Speisepunkt, zum Beispiel einer Messspitze, eine
reelle Impedanz von 25 Ohm (single ended) an. Dabei ist die Anpassung
mit einer Rückflussdämpfung von
10 dB als gut zu bezeichnen.
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Wird
die Hochfrequenzschaltung 5 im späteren bestimmungsgemäßen Betrieb
mit einem symmetrischen/differentiellen Eingangssignal betrieben, hat
die Leitung 50 keinen Einfluss auf die Funktion der Schaltung,
weil der Kurzschluss in der Symmetrieebene durch je zwei λ/4-Leitungsstücke in jeweils einen
Leerlauf an den beiden Signaleingängen 20, 30 transformiert
wird.
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Die
Signaleingänge 20, 30 umfassen
die Anschlusspads und die Signalleitungen 25, 35,
welche die Anschlusspads mit der Signalverarbeitungseinheit 10 verbinden.
Die die Signaleingänge
verbindende Leitung 50 kann, wie in 1a gezeigt,
direkt mit den Anschlusspads der Signaleingänge 20, 30 verbunden
sein. Es ist jedoch auch möglich,
dass die Leitung 50 die Signaleingänge 20, 30 verbindet,
indem die Leitung 50 mit den Signalleitungen 25 bzw. 35 verbunden
ist.
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1a zeigt
ebenfalls eine erfindungsgemäße Standardzelle 110,
welche die Signaleingänge 20, 30 zur
Aufnahme des symmetrischen Eingangssignals aufweist. Ein Anschluss 40 dient
als Massepunkt für
das symmetrische Eingangssignal. Die beiden Signaleingänge 20, 30 sind über eine
Leitung 50 verbunden, deren Länge im Wesentlichen einem ungeraden
ganzzahligen (1, 3, 5, 7, etc.) Vielfachen der halben Wellenlänge λ des Eingangssignals
entspricht (λ/2-Phasenleitung).
Bei dem Entwurf von integrierten Schaltungen werden häufig Entwurfssysteme verwendet,
welche eine oder mehrere Datenbanken mit einer Vielzahl von Standardzellen
aufweisen. In diesen Standardzellendatenbanken sind die entsprechenden
Parameter der Standardzellen abgelegt und die Standardzellen können so
effizient für
den Entwurfsprozess eingesetzt werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der als Massepunkt dienende Anschluss 40 zwischen
den beiden Signaleingängen 20, 30 angeordnet.
Die Leitung 50 kann entlang der kürzest möglichen Verbindung zwischen
den Signaleingängen
geführt
sein oder, wie in 2 dargestellt, in einem im Wesentlichen
u- oder v-förmigen Verlauf
um den Massepunkt herum geführt
sein.
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Wie
oben beschrieben hat die Leitung 50 keinen signifikanten
Einfluss auf das Verhalten der Hochfrequenzschaltung 5,
wenn ein symmetrisches Eingangssignal angelegt wird. Daher besteht
grundsätzlich
keine Notwendigkeit, die Leitung 50 nach Durchführen der
Tests zu entfernen. Ein Grund für
die Entfernung der Leitung nach Durchführung der Tests kann darin
bestehen, dass die Schaltung im späteren Betrieb mit Eingangssignalen
mit deutlich unterschiedlichen Frequenzen gespeist werden soll.
In diesem Fall entspräche
die Länge
der Leitung nicht für
jede Frequenz einem ungeradzahligen Vielfachen von λ/2 und könnte daher
zu unerwünschten
Effekten beitragen. Daher ist es wünschenswert, in bestimmten
Ausführungsformen
ein Entfernen der Leitung 50 zu ermöglichen, beziehungsweise ihre
Fähigkeit
zur Signalleitung zu beenden oder zeitweise zu unterbrechen.
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Zu
diesem Zweck ist in der in 3 gezeigten
Ausführungsformen
eine Unterbrechungseinheit 60 vorgesehen, welche in einem
ersten Zustand den Signalfluss über
die Leitung 50 zwischen den beiden Signaleingängen 20, 30 ermöglicht und
in einem zweiten Zustand den Signalfluss über die Leitung zwischen den
beiden Signaleingängen
unterbricht.
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Je
nach Ausführungsform
kann diese Unterbrechung, also die Folge des Wechsels vom ersten
in den zweiten Zustand, reversibel oder irreversibel sein. Wenn
sie reversibel ist, kann die Hochfrequenzschaltung 5 gegebenenfalls
zu einem späteren
Zeitpunkt erneut getestet werden, beispielsweise zum Testen von
einem Kunden als fehlerhaft reklamierten Bauteilen. Die Unterbrechung
kann die physikalische, galvanische Unterbrechung der Leitung 50 betreffen
oder deren Fähigkeit,
ein Eingangssignal von dem einen Signaleingang 20, 30 zu
dem anderen Signaleingang 20, 30 zu leiten. Verschiedene
reversible und nichtreversible Ausführungsformen werden im Folgenden
beschrieben.
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In
einer Ausführungsform
ist die Unterbrechungseinheit 60 als Schaltelement 70 ausgeführt (4).
In diesem Fall kann die Leitung 50 durch Anlegen oder Abschalten
einer Steuerspannung beliebig zwischen einem leitenden und einem
nichtleitenden Zustand umgeschaltet werden. Das Schaltelement 70 kann
zum Beispiel in Galliumarsenid-Technologie ausgeführt sein.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei der die Leitung 50 mit einer Soll-Trennstelle 100 versehen
ist, die auch als Fuse 100 bezeichnet wird. Die Fuse 100 kann
so ausgeführt
sein, dass die Leitung 50 an dieser Stelle durch Bestrahlung
leicht auftrennbar ist, etwa durch Bereitstellen einer lokal verringerten
Dicke oder Breite der Leitung. Vorzugsweise kommt bei dem Trennvorgang
ein Laser zum Einsatz.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung betrifft eine Standardzelle zur Verwendung in einem Entwurfsprozess
einer Hochfrequenzschaltung sowie ein Entwurfssystem für den Entwurf
von Hochfrequenzschaltungen. Halbleiterschaltungen werden häufig in
teil- oder vollautomatisierten Verfahren unter Verwendung von Computerprogrammen
entworfen. Daher wird eine Standardzelle bereitgestellt, die im
Rahmen solch eines Entwurfsprozesses eingesetzt werden kann. Sie
umfasst zwei Signaleingänge zur
Aufnahme eines symmetrischen Eingangssignals, einen als Massepunkt
für das
symmetrische Signal dienenden Anschluss, sowie eine die Signaleingänge verbindende
Leitung mit einer Länge,
die im Wesentlichen einem ungeradzahligen Vielfachen der halben
Wellenlänge
des Eingangssignals entspricht.
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Darüber hinaus
kann die Standardzelle erfindungsgemäß auch alle Ausführungsformen
umfassen, die Modifikationen dieses Grundaufbaus darstellen. Dazu
gehören
insbesondere die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffend die
reversible und irreversible Trennung der Leitung und/oder die Unterbrechung
der Signalleitungsfähigkeit
der Leitung.
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6 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines Testverfahrens für
eine Hochfrequenzschaltung, die eine Signalverarbeitungseinheit
zur Verarbeitung eines symmetrischen Eingangssignals aufweist. Demgemäß werden
folgende Schritte durchgeführt:
Eine Hochfrequenzschaltung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen
wird für den
Test bereitgestellt. Nach Anlegen eines asymmetrischen hochfrequenten
Testsignals zwischen einem der Signaleingänge 20, 30 und
dem als Massepunkt dienenden Anschluss 50 wird die Signalantwort
der Hochfrequenzschaltung an einem Ausgang der Schaltung gemessen.
Die Signalantwort kann dann im Rahmen üblicher Qualitätstestverfahren,
die dem Fachmann bekannt sind, ausgewertet und als Grundlage für eine Entscheidung über die
Fehlerfreiheit/Fehlfunktion der zu testenden Hochfrequenzschaltung
dienen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Testverfahrens folgt auf den Schritt des Messens der Signalantwort
das Trennen der Leitung 50 zwischen den Signaleingängen 20, 30 beziehungsweise
das Unterbinden der Fähigkeit
der Leitung, ein Signal von dem einen Signaleingang zum anderen
Signaleingang zu leiten, vorzugsweise nach einer der beschriebenen
Ausführungsformen.
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Gegebenenfalls
kann in einem weiteren Schritt die Leitfähigkeit der Leitung wiederhergestellt werden,
unter Einsatz der oben beschriebenen Techniken. Dies ist selbstverständlich nur
möglich,
wenn die angewendete Trenntechnologie reversibel ist. Reversible
Verfahren zur Trennung der Leitung bzw. zum Unterbinden oder Unterbrechen
von deren Fähigkeit
zur Signalleitung wurden oben eingehend beschrieben.
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Ausführungsformen
richten sich auch auf Produktionsanlagen, die zur Anwendung der
beschriebenen Testverfahren ausgelegt sind, sowie auf Testvorrichtungen
und auf Anlagen und Verfahren zum Design elektronischer Schaltungen,
die von den beschriebenen Technologien Gebrauch machen.
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Während das
oben aufgeführte
auf Ausführungsformen
gerichtet ist, können
andere Ausführungsformen
hiervon abgeleitet werden, ohne vom Umfang der durch die Ansprüche bestimmten
Erfindung abzuweichen.