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Adaptereinrichtung zum simultanen elektrischen Anschluß
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einer Mehrzahl zu prüfender ~Bauelemente an ein Prüfgerät, insbesondere
für die Eingangsprüfung hochintegrierter digitaler Speicherbausteine Die Erfindung
betrifft eine Adaptereinrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen
Art.
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Es sind Prüfgeräte zur Prüfung hochintegrierter Bausteine bekannt,
bei denen die Kontaktierung des Prüflings Über eine sogenannte tlsocket-card bzw.
"undersocket-card" erfolgt, die mit einer geeigneten Steckfassung fr den Prüfling
versehen werden kann. Der Prüfllng wird über diese socket-card bzw. undersocket-card
sowohl mit den notwendigen Versorgungsspannungen als auch mit Signalimpulsen entsprechend
einem geeigneten Prüfprogramm beaufschlagt.
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Diese bekannten auch als ICTestsysteme bezeichneten Prüfgeräte dienen
sowohl zur Funktionskontrolle als auch für sogenannte "burn-in"-Versuche.
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Bei einer Vielzahl von Geräten und Systemen, an deren Betriebszuverlässigkeit
besonders hohe Anforderungen gestellt werden, (wie dies beispielsweise bei Steuerungen
von Nachrichtenvermittlungsanlagen der Fall ist), ist es trotz erheblicher Fortschritte
in der Fertigungstechnologie derzeit noch unerläßlich, die zu verwendenden hochintegrierten
Schaltkreise, z.B. speicherbausteine, einem Eingangstest zu unterwerfen, d.h. vor
dem Einbau exemplarweise Zu prüfen. Das eingangs angesprochene Prüfgerät eignet
sich hierzu nicht, da seine socket-card zur Aufnahme jeweils nur eines Prüflings
geeignet ist, so daß die Exemplarprüfung zu zeit- bzw. geräteaufwendig ist. Für
die rationelle Prüfung größerer Stückzahlen wäre es hingegen erforderlich, mit ei-
nem
einzigen Prüfprogrammzyklus mehrere Bausteine gleichzeitig zu testen. Die Anordnung
einer entsprechend großen Anzahl von Steckfassungen oder Prüfsockeln auf der socketcard
des Prüfgerätes läßt sich aus konstruktiven Gründen nicht realisieren.
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Der an sich naheliegende Gedanke, die Anzahl der Prüfsockel durch
eine Adaptereinrichtung zu vermehren, in welcher homologe, d.h. gleichnamige bzw.
einander entsprechende Anschlüsse einer Mehrzahl von Prüfsockeln in Vielfachschaltung
miteinander verbunden sind, läßt sich aufgrund der elektrischen Gegebenheiten, insbesondere
wegen der außerordentlich hohen Impulsfrequenz und Flankensteilheit, (die typisch
etwa 109 V/s beträgt), nicht ohne weiteres verwirklichen, da wegen dieser Gegebenheiten
Verkopplungen, Reflektionen und Laufzeitunterschiede auftreten, die eine korrekte
Beaufschlagung der Prüflinge vereiteln.
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Es ist zwar denkbar, die zu den einzelnen Anschlüssen führenden Signalleitungen
durch die Einfügung einer entsprechenden Anzahl von Treiberverstärkern zu entkoppeln,
deren Ausgänge sich in unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft der Sockelanschlüsse
befinden, eine derartige Lösung der anstehenden Probleme verbietet sich jedoch sowohl
aus konstruktiven als auch vor allem aus Kostengründen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Adaptereinrichtung
zu schaffen, die den gleichzeitigen Anschluß einer Mehrzahl von Prüflingen an das
Prüfgerät erlaubt und die aus den genannten elektrischen Gegebenheiten resultierenden
Probleme ohne den Aufwand zusätzlicher Treiberverstärker löst.
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Diese Aufgabe wird durch eine Adaptereinrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Das dort beschriebene Leitungssystem, das aus einer torzugsweise tannenbaumartigen
Leiterstruktur, über welche gleichnamige Anschlüsse der Steckfassungen von jeweils
einem gemeinsamen Anschlußpunkt aus mit gleicher Laufzeit und damit phasenrichtig
zueinander erreichbar sind, und einer eingangs- und ausgangsseitig mit ihrem Wellenwiderstand
abgeschlossenen Hochfrequenzleitung besteht, ermöglicht einerseits exakt gleiche
Laufzeiten zu allen Anschlüssen jeder Steckfassung, andererseits eine zumindest
annähernd reflektionsfreie Übertragung der steilflankigen Impulse sowie vernachlässigbar
geringes "Übersprechen" und schließlich sehr geringe Dämpfung der Signale.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich
verwiesen wird.
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Die erwähnte tannenbaumartige Leiterstruktur, welche die gleichnamigen
Anschlüsse einer Gruppe von (beispielsweise acht) Prüfsockeln mit einem gemeinsamen
Anschlußpunkt und über diesen mit der Hochfrequenzleitung verbindet, ist im Vergleich
zu deren Wellenwiderstand (von vorzugsweise 50 Ohm) derart hochohmig, daß die von
ihr verursachten Belastungen und Reflektionen vernachlässigbar klein sind, so daß
sich die Signale nach Art fortschreitender*Wellen von dem jeweils als Quelle dienenden
Treiberverstärker zum Ende der Hochfrequenzleitung ausbreiten können, wobei der
Abschluß vorzugsweise vom Ausgang eines zweiten Treiberverstärkers gebildet ist,
dessen Signalspannung während der betreffenden Signalphase auf Null gehalten ist.
Die beiden genannten Treiberverstärker, deren Ausgänge mit den beiden Enden der
Hochfrequenzleitung verbund 1 sind, können alternierend oder nach einer anderen
durch das jeweilige Prüfkonzept bestimmten Reihenfolge abwechselnd als Quelle und
Senke dienen.
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Es ist auch möglich, daß der' jeweils als Abschlußwiderstand fungierende
Treiberverstärker eine von Null abweichende Spannung an die Hochfrequenzleitung
anlegt, mittels deter die entsprechenden Anschlüsse der Prüflinge in einer gewinachten
Weise vorgespannt werden, ohne daß dadurch die bertragung der eigentlichen Signale
beeinflußt wird.
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In d-ie von den Anschlußpunkten der vorzugsweise tannenbaumartigen
Leiterstrukt#r zu den Ausgängen der Treiber führenden Lertungsabschnitte der Hochfrequenzleitung
können Hochfrequenzumschaltekontakte eingefügt sein, die wieder gleichen elektrischen
Abstand von den Treiberausgängen und damit von den Anschlußpenkten haben und mittels
derer die Ausgänge der Treiberverstärker auf eine zweite gleichartig# #ochfrequenzleitung
umschaltbar sind, an deren elektri--schen tittelpunkt eiAe weitere tannenbaumartige
Leiterstruktur angekoppelt ist, die zu einander entsprechenden Anschlussen einer
zweiten Gruppe von Steckfassungen führt.
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Die übrigen Anschlüsse der Prüfsockel sind über gleichartige Leiterstrukturen
und Hochfrequenzleitungen erreichbar.
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Auf diese Weise ist es möglich, das Prüfgerät im sogenannten nTandembetrieb"
tu betreiben, während der Prüfzeit der eignen Gruppe von Bausteinen die andere Gruppe
neu zu bestücken und umgekehrt. Die Anzahl der Bausteine die in einer Gruppe gleichzeitig
getestet werden können ist einmal gegeben durch den endlichen Leistungsbedarf der
Prüflinge und andererseits dadurch, daß die Bestückungszeiten aus Wirtschaftiichkeitserwägungen
etwa gleich den mittleren Prüfzeiten sein sollten. Bei einer praktisch ausgeführten
Adaptereinrichtung gemäß der Erfindung wurde die Anzahl der Prüflinge jeder Gruppe
auf acht Exemplare festgelegt.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip eines Prüfsystems mit einer Adaptereinrichtung
gemäß der Erfindung, Fig, 2 veranschaulicht die Leiter- und Schalterstruktur der
Adaptereinrichtung für einen Anschluß (Pin) der Prüflinge, Fig. 3 zeigt als Einzelheit
von Fig. 2 die tannenbaumartige Leiterstruktur zur phasenrichtigen Ansteuerung der
gleichnamigen Anschlüsse einer Gruppe von Prüflingen, Fig. 4 zeigt den schematischen
Aufbau eines Vielfachkoaxialrelais zur Umschaltung des Prüfgerätes zwischen zwei
Gruppen von Prüflingen, Fig. 5 zeigt eine Explosionsdarstell ung eines ~Multilayer11-Paketes,
in welchem eine Mehrzahl von Leiterstrukturen nach Art der in Fig. 3 dargestellten
Leiterstrukturen zusammengepackt ist, Fig. 6 zeigt das Multilayer-Paket in einer
perspektivischen Darstellung, Fig. 7 zeigt die Verteilung der Zugangsanschlußpunkte
des Multilayer-Paketes, Fig. 8 schließlich zeigt den Anschlußplan einer Steckfassung
zur Aufnahme eines Prüflings'von der Lötseite her gesehen.
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Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild umfaßt einen Rechner 1,
ein im folgenden kurz als Steuerung bezeichnetes Steuergerät 2 sowie ein Anschaltegerät
3, das im folgenden als Pin-Elektronik bezeichnet wird. Diese Geräte bzw. Geräteteile
stellen in ihrer Struktur und Zusammenschaltung ein bekanntes Prüfgerät zur Prüfung
von hochintegrierten Schaltungen dar. Da weder sie noch die mit ihrer Hilfe realisierbaren
Prüfabläufe (Programme) Gegenstand der Erfindung sind, erübrigt sich im vorliegenden
Zusammenhang
eine nähere Beschreibung dieser Teile und ihres Zusammenwirkens Das aus den Teilen
1 bis 3 bestehende bekannte Prüfgerät besitzt im Bereich der Pin-Elektronik 3 Anschlußelemente
zur Kontaktierung eines Prüflings.
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Die Pin-Elektronik 3 beinhaltet in der Originalausstattung ferner
Treiberverstärker, im folgenden kurz Treiber genannt, für die pegel- und anpassungsrichtige
Ansteuerung der einzelnen Prüflingsanschlüsse.
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In seiner Original ausstattung ist das Prüfsystem für die gllichzoitige
#essung von Kennwerten an mehreren integrierten Schaltungen nicht geeignet. Eine
einfache Vermehrung der möglichen Prüflingsaufnahmen durch die Anordnung einer entsprechenden
Vielzahl von Steckfassungen und Vielfachschaltung von deren gleichnamigen Anschlüssen
verbietet sich aufgrund der eingangs genannten elektrischen Gegebenheiten. Die an
sich naheliegende Lösung dieser Schwierigkeiten durch Vermehrung der einander entsprechenden
Ausgänge der Pin-Elektronik mit Hilfe externer mit ihren Eingängen zusammengeschalteter
Treiber zur Entkopplung und Anpassung verbietet sich sowohl aus Kostengründen als
auch aus konstruktiven Gründen, da die Ausgänge der Treiber in unmittelbarer Nachbarschaft
der Prüflingsanschlüsse angeordnet sein müssen.
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Zur Lösung der sich aus alledem ergebenden Probleme wird folgendermaßen
verfahren: Eine mit I bezeichnete Gruppe von Steckfassungen S1 bis S8 wird konstruktiv
zu einer Vielfachaufnahme zusammengefaßt. Die Anzahl der in dieser Gruppe vorhandenen
Fas-
sungen - im dargestellten Beispiel acht - richtet sich zum
einen nach dem Leistungsvermögen der der Pin-Elektronik 3 zugeordneten Treiber und
zum anderen nach der Dauer eines Prüfzyklus: Die für das Herausnehmen der Prüflinge
aus den Steckfassungen 51 bis S8 und die für das Einsetzen neuer Prüflinge in dieselben
erforderlichen Zeit soll nämlich zumindest näherungsweise der mittleren Zyklusdauer
entsprechen. Gleichnamige Eingangsanschlüsse aller Steckfassungen S1 bis S8 der
Gruppe I sind über eine in Fig. 2 näher dargestellte Leiterstruktur über möglichst
exakt gleichlange Leitungsstücke mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 verbunden,
derart daß die Laufzeiten von den einzelnen Anschlüssen zu diesem Anschlußpunkt
4 und/oder umgekehrt möglichst exakt gleich sind.
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Der Anschlußpunkt 4 steht einerseits über Hochfrequenzleitungsabschnitte
5 und 6 mit dem Ausgang eines ersten Treiberverstärkers 7 der Pin-Elektronik 3 und
andererseits über Hochfrequenzleitungsabschnitte 8 und 6' mit dem Ausgang eines
weiteren Treibers 7' der Pin-Elektronik 3 in Verbindung. Die Hochfrequenzleitungsabschnitte
5 und 6 bzw. 8 und 6' sind über Kontakte 9 bzw. 9' eines Umschalterelaisvaiteinander
verbunden.
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Eine zweite Gruppe II von Steckfassungen S1' bis S8' ist in analoger
Weise verdrahtet, d.h. ihre über Leiterstrukturen gemäß Fig. 2 zusammengefaßten
homologen Anschlüsse sind mit Anschlußpunkten 4' und diese über Hochfrequenzleitungsabschnitte
5' bzw. 8' mit den jeweils anderen Kontaktseiten der Umschaltekontakte 9' bzw. 9
verbunden.
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Fig. 2 zeigt die vorangehend beschriebene Leitungsführung im einzelnen.
Oberhalb der strichpunktierten Linie sind die beiden Treiber 7 und 7' der Pin-Elektronik
5 angedeutet. Die Hochfrequenzleitungsabschnitte 5, 6, 8 und 5', 6', 8 sind als
Koaxialleitung mit einem Wellenwiderstand
von beispielsweise 50
Ohm ausgeführt. Die Innenwiderstände der Treiber 7 und 7' entsprechen diesem Wellenwiderstand
, d.h. sie betragen ebenfalls 50 Ohm reell. Die erwähnten Leiterstrukturen, mittels
derer gleichnamige Eingangsanschlüsse der Steckfassungen S1 bis S8 bzw. S'1 bis
S'8 zusammengefaßt und mit den Anschlußpunkten 4 bzw 4' verbunden sind, sind als
hochohmige gedruckte Leiterbahnen ausgeführt, so daß die von ihnen verursachte Belastung
der Hochfrequenzleitungszüge 5-8 bzw. 5'-8' vernachlässigbar klein ist und die über
diese Hochfrequenzleitungszüge verlaufenden Signale an der Verbindungsstelle des
Anschlußpunktes 4 bzw. 4' praktisch keine Reflektion erfahren. Die Kontakte 9 bzw.
9', deren Ausbildung in Fig. 4 erkennbar ist, besitzen den gleichen Wellenwiderstand
wie die Koaxialleitungsabschnitte und lassen infolgedessen die über diese ankommenden
Signale ebenfalls reflektionsfrei passieren.
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Jede der'Umschaltstellen 9 bzw. 9' besteht aus zwei Arbeitskontakten
rl, r2 bzw. rl', r2', die durch Erregung von Wicklungen R1 bzw. R2 alternativ betätigbar
sind.
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Die zwischen den Anschlußpunkten 4 bzw. 4' und den homologen Eingangsanschlüssen
der Steckfassungen S1 bis S8 bzw. S1' bis S8' verlaufende Leiterstruktur ist in
Fig.3 noch einmal schematisch dargestellt. Die Eingangsanschlüsse der Steckfassungen
einer Gruppe sind mit E7 bis ES bezeichnet. Man erkennt, daß die zwischen jedem
dieser Anschlüsse E7 bis ES und dem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 liegenden Leiterabschnitte
aufgrund der tannenbaumarti-' gen Struktur sämtlich elektrisch gleich lang sind,
sodaß die entsprechenden Laufzeiten gleich sind.
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Die in Fig.~2 und 3 dargestellten Verdrahtungen betreffen selbstverständlich
nur jeweils einen Anschluß der Prüflinge. Die übrigen Anschlüsse sind - soweit sie
ebenfalls
jeweils mit gleichem Signal beaufschlagt werden - über weitere Verdrahtungsstrukturen
miteinander und über entsprechende Hochfrequenzleitungsabschnitte mit zugeordneten
Treiberausgängen der Pin-Elektronik 3 verbunden.
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Letzteres gilt natürlich nicht für diejenigen PrüSlingsanschlüsse,
an denen dessen individuelle Reaktion auf die Prüfsignale ermittelt werden soll
und die infolgedessen individuell mit irgendwelchen Indikationselementen, z.B.
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Leuchtdioden oder dergleichen in Verbindung stehen müssen.
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Diese Anschlüsse sind beispielsweise die D0ut Pins von Halbleiterspeichern.
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Fig. 4 zeigt den konstruktiven Aufbau des Relais zur alternativen
Verbindung der Ausgänge der Treiber 7 und 7' mit jeweils einer der Gruppen I bzw.
II von Prüflingen. Die Umschaltung erfolgt - wie bereits erwähnt -über jeweils zwei
Arbeitskontakte r1 bzw. r2, die über Erregerwicklungen R1 bzw. R2 alternativ betätigbar
sind Die Anzahl der insgesamt vorzusehenden tJmschaltemöglichkeiten entspricht der
Zahl der Prüflingsanschlüsse, die in der in Fig. 2 angedeuteten Weise mit der Pin-Elektronik
3 verbunden werden müssen, multipliziert mit zwei.
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Das Relais besteht aus Schutzrohrkontakten, die paarweise kollinear
angeordnet sind, wobei jedes dieser Kontaktpaare von einem Kupferrohr 10 umgeben
ist, das die notwendige Abschirmung und die notwendige Impedanzanpassung gewährleistet.
In der dargestellten Ausführungs form entspricht der Wellenwiderstand hinreichend
genau den der angeschlossenen Hochfrequenzleitungen, so daß weder Reflektionen noch
unerwünschte Verkopplungen auftreten.
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Fig. 5 veranschaulicht die Zusammenfassung einer Mehrzahl
der
in Fig. 3 dargestellten Leiterstrukturen zu einem Multilayer-Paket. Die einzelnen
Lagen dieses Paketes werden gebildet von Isolierstoffolien 11, gedruckten Leiterplatten
12 mit einer der Fig. 3 entsprechenden Leiterstruktur, Abschirmblechen 13 und Erdungsblechen
14 bzwc 15, die auch Gehäusefunktion übernehmen.
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Fig. 6 zeigt das fertige Multilayer-Paket in einer perspektivischen
Ansicht auf die den Steckfassungen der Prüflinge abgewandten Anschlußseite.
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An jedem der Erdungsbleche 14 bzw. 15 sind abgewinkelte Lappen 16
angebracht, die die Schmalseite des Paketes umgreifen und mit dem jeweils anderen
Erdungsblech 15 bzw. 14 verlötet sind. Die an der Oberseite des Paketes sichtbaren
Anschlüsse sind in Fig. 7 in einer Draufsicht dargestellt und mit den Benennungen
der entsprechenden Pins der Prüflinge bezeichnet. Die aus der in der Darstellung
gemäß Fig. 6 dem Betrachter abgewandten Seite des Multilayer-Paketes heraustretenden
Anschlüsse sind die Iugangsanschlüsse, die z.B. den Anschlüssen El bis ES von Fig.
3 entsprechen, welche räumlich so nahe wie möglich an die Steckfassungen und damit
an die Pins der Prüflinge herangeführt sind. In Fig. 6 sind noch eine Erdungsleitung
17, eine Spannungszuführungsleitung 18 sowie eine Leitung 19 zur Zuführung einer
Hilfsspannung dargestellt.
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Fig. 8 zeigt eine Steckfassung zur Aufnahme eines Prüflings von der
Lötseite gesehen. Die einzelnen Anschlüsse sind mit den Benennungen der Pins der
Prüflinge bezeichnet.
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Pro Gruppe I oder II (Fig. 1) sind jeweils acht solcher Steckfassungen
einander benachbart. Diese reihenweise Anordnung der Steckfassungen ist au bedienungstechnischen
Gründen vorgesehen. Wegen der endlichen Ausbreitungsge-
schwindigkeit
der Signale auf den Leitungen, die zirka 21 cm pro Nanosekunde beträgt, ist es theoretisch
zwar günstiger,alle acht Fassungen pro Gruppe so anzuordnen, daß die Abschirmungen
der Koaxialleitungen auf kürzestmöglichem Wege auf einen Massepunkt zusammengelegt
werden. Auch die Abschirmfolien der Multilayer-Pakete sollten auf ebensolche Weise
massemäßig zusammengefaßt werden. Bei Mißachtung dieser Gesichtspunkte ergeben sich
Verkopplungen und somit Verfälschungen der Signale über die Laufzeiten der Masseströme.
Die - wie erwähnt - aus bedienungstechnischen Gründen vorgesehene Anordnung der
Fassungen in einer Reihe (statt in der angedeuteten geometrisch optimalen Anordnung)
macht es erforderlich, die Massepunkte in einer Weise miteinander zu vermaschen,
die eine hinreichend gute Signalübertragung gewährleistet. Es ist dem einschlägigen
Fachmann durch gezielte Versuche möglich, die Position dieser Massepunkte zu bestimmen.
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Im folgenden sei die Funktion der vorangehend in ihrem Aufbau beschriebenen
Adaptereinrichtung näher erläutert: Wenn eine der Gruppen, z.B. die Gruppe I, der
Steckfassungen 51 bis S8 mit Prüflingen bestückt ist und die Umschalteeinrichtungen
9 und 9' die entsprechende Schaltstellung einnehmen, kann ein Prüfzyklus beginnen
Die Prüfsignale laufen von den Ausgängen der Treiber 7 der Pin-Elektronik 3 über
das Leitungsstück 6, den Kontakt 9 und das Leitungsstück 5 zu dem Anschlußpunkt
4 und von dort über das Leitungsstück 8, den Kontakt 9' und das Leitungsstück 6'
zu dem Ausgang des Treibers 7'. Letzterer ist auf die Signalspannung 0 eingestellt,
so daß er lediglich als Abschlußwiderstand wirkt. Da die Innenwiderstände der Treiber
7 und 7' den Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitungsstücke 4, 5, 8, 6' und der
Kon-
takte 9 und 9' entsprechen, erfolgt die Signalübertragung
reflektionsfrei, so daß am Anschlußpunkt 4 eine saubere Signalfolge zur Verfügung
steht, die über die Leiterstrukturen (Fig, 3) zu den Prüflingsanschlüssen weitergegeben
wird. Diese Leiterstrukturen und die sie abschließenden Prüflingsanschlüsse sind
im Vergleich zu dem Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitungsabschnitte derart hochohmig,
daß sie diese praktisch nicht belasten.
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Der Pegel der an den Anschlußpunkten 4 verfügbaren Spannung entspricht
wegen der e#wähnten Anpassungs und Abschlußverhältnisse etwa dem halben Wert der
Leerlaufspannung der Treiber.
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Während eines Prüfzyklus können die Treiber 7 und 7' ihre Funktionen
als Quelle bzw. Abschluß (Senke) vertauschen, falls dies aus irgendwelchen Gründen
der Prüfungsphilosophie opportun ist.
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Solange der Prüfzyklus für eine der Gruppen I oder lt andauert, können
die Prüflinge der jeweils anderen Gruppe II bzw. I aus den Steckfassungen entnommen
und letztere neu bestückt werden. Auf diese Weise läßt sich eine rationelle Eingangsprüfung
vornehmen, die den eingangs genannten Forderungen im ganzen Umfang gerecht wird.
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7 Patentansprüche 8 Figuren