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Die
vorliegende Erfindung eine Testsonde für eine integrierte Schaltung,
die insbesondere für
die Kennzeichnung der integrierten Schaltung im Hinblick auf die
elektromagnetische Kompatibilität
verwendet wird.
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Die
Techniken zur Kennzeichnung der Immunität der Komponenten in integrierten
Schaltungen, die derzeit bekannt sind, sind in zwei Hauptgruppen zu
gliedern: die so genannten Techniken mit direkter Einleitung und
die so genannten Techniken mit strahlenförmiger Einleitung.
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Die
Techniken mit direkter Einleitung sind ihrerseits in zwei Haupttypen
unterteilt: die Technik DPI (Direct Power Injection – direkte
Stromeinleitung) und die Technik BCI (Bulk Current Injection – globale Stromeinleitung).
Die Technik DPI besteht darin, eine spezifische gedruckte Schaltung
für die
Komponente auszuarbeiten, der Möglichkeiten
der Einleitung eines Störsignals
hinzugefügt
werden. Dann wird geprüft,
ob die Komponente im Beisein des eingeleiteten Signals gestört wird.
Die Technik BCI besteht darin, ein Kabel einzusetzen, das die Funktionssignale der
Komponente oder einer Karte, die mehrere Komponenten trägt, in einen
Transformator transportiert. Der Transformator soll elektrische
Leistung in leitende Abschnitte dieses Kabels einleiten und dadurch die
Störung
oder die Nicht-Störung
der Komponente(n) überprüfen.
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Die
Technik DPI hat den Vorteil einer Feincharakterisierung der Suszeptibilität einer
Funktion einer integrierten Schaltung zu einer lokalisierten Einleitung.
Ihr Fehler besteht darin, dass sie nicht leicht eine gleichzeitig
Einleitung an mehreren Eingängen
einer Komponente ermöglicht.
Umgekehrt ermöglicht
die Technik BCI, gleichzeitig alle Zugänge einer Komponente anzugreifen.
Aber die Technik BCI, die Verbindungsdrähte von einer Mindestlänge auf
Grund des Volumens des Transformators verwendet, ermöglicht es
nicht, in der Frequenz hoch zu steigen, in der Praxis nicht über 500
MHz.
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Die
Techniken mit strahlenförmiger
Einleitung verwenden Resonanzzellen TEM (Transverse Electromagnetic
Mode) oder GTEM (Gigahertz TEM) oder auch Zellen im bewegten Modus
MSC (Mode Stirred Chamber), um Elektronikkarten vom Typ integrierte
Schaltung zu erregen, die die Komponenten tragen.
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Das
Dokument DE-CI-195 01 329 beschreibt eine Zelle TEqM für die Charakterisierung
hinsichtlich der elektromagnetischen Kompatibilität der elektrischen
Geräte.
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Oder
aber diese Zellen erregen spezifische Karten, die eine zu testende
Komponente tragen, um ihre Suszeptibilität unter Feld zu überprüfen. In
jedem Fall erfordern diese Techniken für die Charakterisierung der
Suszeptibilität
einer Komponente die Herstellung einer besonderen Karte und benötigen auf Grund
der relativen Entfernung der Feldquellen mit den Komponenten starke
Leistungsquellen. Ferner ist die Kontrolle der tatsächlich von
der Komponente empfangenen Störleistung
nicht einfach bzw. zu diskutieren.
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Die
Erfindung soll somit eine Charakterisierung in situ der Suszeptibilität einer
integrierten Schaltung auf sehr hohen Frequenzen ermöglichen. Sie
umfasst in ihrem Prinzip eine Führungsstruktur des
Störfeldes
auf einer besonderen, kleinen Zone um eine Komponente, wie in Wirklichkeit
vorhanden. So kann eine solche Komponente nur in ihrem eigenen Gehäuse oder
auch auf einer Elektronikkarte montiert, mit der sie tatsächlich verwendet
werden muss (keine spezifische Testkarte), getestet werden.
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Die
Führungsstruktur
des Störfeldes
gemäß der Erfindung
umfasst in einem Beispiel eine global konische Struktur, die in
der Verlängerung
eines Koaxialkabels mit global zwei verschachtelten Kegeln oder
Trichtern, in einem Praxisbeispiel zwei Konen, montiert ist. Ein
zentraler metallischer Kern in Form eines geschlossenen (oder vollen)
Kegels bildet gleichzeitig eine Antenne und eine Ausbreitungsmaske
des funkelektrischen Feldes, das vom Kabel kommt. Ein Hüllenkegel,
der vorzugsweise metallisch ist, umhüllt diesen Maskenkegel und
kanalisiert das auf einer vorher ausgewählten Zone ausgebreitete Feld.
Die vorher ausgewählte
Zone ist eine Umfangszone der Komponente: jene, in der sich normalerweise
die Anschlüsse
dieser Komponente befinden. Diese Umfangszone entspricht einem Kranz,
der zwischen den beiden Kegeln vorhanden ist.
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Diese
Führungsstruktur
nimmt die Energie von einem Koaxialkabel auf und leitet sie strahlenförmig im
Nahfeld zu der Komponente. Die elektrischen und magnetischen Felder
bilden sich um den gesamten Maskenkegel und für das elektrische Feld auch zwischen
dem Ende des Maskenkegels in Richtung einer Masseebene, die die
Komponente trägt.
Diese Felder koppeln sich mit den Kontaktstiften der Komponente
oder den Schweißspuren
und -kugeln (bonding im Falle der Gehäuse BGA). Die Hüllenglocke kann überdies
auf beiden Seiten der gedruckten Schaltung angeordnet sein. Ihre
Entwicklung erfordert eventuell nur eine geringe Aussparung um die Komponente.
Vorzugsweise ist diese Aussparung mit einer Massespur ausgeführt, die
mit der Masse der zu testenden Komponente verbunden ist. Diese Aussparung
entspricht der Umfangskontaktzone mit der Kaltpunktglocke. Diese
Aussparung kann leicht in die End- und Funktionslenkung der diese
Komponente umfassenden Karte eingeschlossen werden. Die Technik
ermöglicht
es somit, die Suszeptibilität
einer Komponente in ihrem tatsächlichen
Arbeitsumfeld zu bewerten, wobei die Kopplungen mit den nahen von der
Komponente untrennbaren Elementen berücksichtigt werden. unter diesen
untrennbaren Elementen befinden sich eventuelle Entkopplungsmittel, Spuren,
Gehäuse
und dergleichen. Es ist auch möglich,
eine Version des Hüllenkegels
zu verwenden, die an ihrem unteren Ende isoliert ist. Diese Version gestattet
eine Abstützung
dieses Hüllenkegels
an den nahen Komponenten an der Peripherie der zu testenden Komponente.
Eine weiche leitende Schürze
liegt nun auf diesen Komponenten (Entkopplungskondensatoren, Quartz,
...) auf und grenzt weiter das Feld auf der zu bestrahlenden Zone
ein, aber ohne die Verwirklichung einer spezifischen Lenkung mit der
Aussparung für
die Masse zu erfordern.
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Die übertragene
Gesamtleistung wird mit Hilfe eines Kopplers gemessen, der mit dem
Versorgungskabel der Glocke ausgerichtet ist. Der Vorteil der Technik
besteht darin, keine verpflichtende Schaffung einer spezifischen
Testkarte zu erfordern und die tatsächlichen Funktionsbedingungen
der integrierten Schaltung zu berücksichtigen. Das Feld ist zwar
in gewisse Richtungen polarisiert, aber die Hyperfrequenzstörung der
Komponenten, die vor allem auf den Erfassungsphänomenen beruht, berücksichtigt
nicht die relative Phase der Einleitungen von einem Eingang zum
anderen. Sie berücksichtigt
eher die gekoppelte Feldamplitude.
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Die
Formen der Glocken können
unterschiedlich und an verschiedene Konfigurationen von gedruckten
Schaltungen und Einrichtungen angepasst sein.
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Die
Erfindung betrifft somit eine Testsonde einer integrierten Schaltung,
die von einer gedruckten Schaltung getragen wird, wobei die Sonde
einen Generator von Funkfrequenzsignalen, eine Antenne, eine Versorgungsschaltung
zur Verbindung der Antenne mit dem Generator und Mittel umfasst,
um die Antenne gegenüber
von Anschlüssen
anzuordnen, die sich an der Peripherie einer zu testenden gedruckten
Schaltung befinden, um diese Funkfrequenzsignale auf diese Anschlüsse strahlen
zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne einen Wellenleiter
mit einem Hüllenkegel
und einem Maskenkern umfasst, wobei der Hüllenkegel eine größere Öffnungsfläche als
eine Ausdehnung einer Fläche
eines Gehäuses
der zu testenden integrierten Schaltung aufweist, wobei der Maskenkern
eine Ausbreitung hat, deren eine Querschnittsfläche an der Stelle seines Endes
kleiner als die Fläche
eines Gehäuses
der zu testenden integrierten Schaltung ist, wobei Mittel vorgesehen
sind, um den Hüllenkegel
an der gedruckten Schaltung und den Maskenkern innerhalb des Hüllenkegels über der
Komponente anzuordnen.
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Insbesondere
kann der Maskenkegel weiter oben in dem Volumen des Hüllenkegels
enden, um diverse Polarisationsfelder zu erzeugen oder Hohlraumeffekte
in dem Volumen des Hüllenkegels
zu nutzen. Die Kegel sind überdies
nicht unbedingt von konischer Form, sie können auch eine parallelflache Form
haben.
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Die
Erfindung wird durch die Studie der nachfolgenden Beschreibung und
der begleitenden Figuren besser verständlich. Diese haben nur hinweisenden
und keinesfalls für
die Erfindung einschränkenden
Charakter. Die Figuren zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Antenne einer erfindungsgemäßen Testsonde;
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2:
eine Vorrichtung zur Verwendung der erfindungsgemäßen Testsonde;
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3, 4 und 6:
Ausführungsdetails eines
wesentlichen Elements der erfindungsgemäßen Sonde.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Testsonde 1 einer integrierten Schaltung 2 gemäß der Erfindung. 1 ist
eine besondere Detailansicht der 2. Eine
integrierte Schaltung 2 wird hier von einer gedruckten
Schaltung 3 getragen. Beispielsweise ist die integrierte
Schaltung 2 mit der gedruckten Schaltung 3 durch
Anschlüsse 4 verbunden,
von denen sie natürlich
versorgt wird. Die gedruckte Schaltung 3 ist vorzugsweise
eine tatsächliche
gedruckte Schaltung, die dazu bestimmt ist, die Komponente 2 bei
ihrer tatsächlichen
Verwendung zu tragen, insbesondere eine Karte einer elektronischen
Schaltung, die in ein Gerät
einzusetzen ist, in dem diese integrierte Schaltung nützlich ist.
Im Bedarfsfalle kann diese gedruckte Schaltung 3 eine Testschaltung
sein. Dies ist aber mit der Erfindung nicht erforderlich. In diesem
Fall ermöglicht
es die Erfindung insbesondere, die Schaltung 2 unter tatsächlichen
Verwendungsbedingungen zu testen.
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Die
Sonde 1 umfasst einen Generator 5 von Funkfrequenzsignalen.
Vorzugsweise umfasst der Generator 5 eine Schaltung 6,
um die Frequenz eines gesendeten Signals zu regeln, sowie eine Schaltung 7,
um die Amplitude des vom Generator 5 erzeugten Signals
zu regeln. Der Generator 5 ist durch eine Versorgungsschaltung 8 mit
einer Antenne 9 verbunden. Die Antenne 9 bildet
den wesentlichen Teil der Erfindung. Die Antenne 9 ist
im Detail in 1 dargestellt. Die Antenne 9 ist
gegenüber
der zu testenden integrierten Schaltung 2 angeordnet. Die
Antenne 9 ist insbesondere gegenüber den Anschlüssen 4 angeordnet.
Auf bekannte Weise dient die Antenne 9 dazu, elektromagnetische
Funkfrequenzsignale auf die Anschlüsse 4 in der Komponente 2 und
in der gedruckten Schaltung 3 strahlen zu lassen, um die Funktion
der integrierten Schaltung 2 zu stören, um deren Widerstandsfähigkeit
gegen Störungen
zu messen.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Antenne 9 einen Wellenleiter, der ein elektrisches
Feld E und ein magnetisches Funkfrequenzfeld B ausstrahlen kann. In 1 ist
das elektrische Feld E dargestellt, wobei es in den Nutzteilen von
einem Maskenkern 10 der Antenne 9 in Richtung
eines Hüllenkegels 11 dieser Antenne 9 sowie
in Richtung der gedruckten Schaltung 3 von dem Maskenkern 10 ausgehend
ausgerichtet ist. Das magnetische Funkfrequenzfeld B breitet sich
in dem gesamten Raum des Leiters aus und ist insbesondere an der
Stelle der Anschlüsse 4 in
die Richtungen senkrecht auf diese An schlüsse ausgerichtet. Es könnte aufgezeigt
werden, dass der so gebildete Wellenleiter im Nahfeld die elektrischen
und magnetischen Felder auf der integrierten Schaltung 2 ausbreitet.
Folglich sind die Ausrichtungen dieser Felder nicht völlig stabilisiert.
Die Ausrichtung des Feldes B ist fluktuierend, so dass während eines
erheblichen Zeitabschnitts das Feld B sehr wohl einen gewünschten
störenden
Einfluss auf die Anschlüsse 4 ausübt.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mit dem Maskenkern 10 einen
Wellenleiter zu bilden, so dass nur ein Raum 12, in dem
sich die Anschlüsse 4 befinden,
von dem funkelektrischen Funkfrequenzfeld erregt wird. Der Raum 12 ist
der Raum, der sich im Inneren des Hüllenkegels 11 zwischen diesem
Hüllenkegel 11 und
dem Maskenkern 10 befindet. Aus diesem Grund hat der Hüllenkegel 11 eine größere Öffnungsfläche 13 als
eine Ausdehnung 14 der zu testenden integrierten Schaltung 3 und
ihrer Anschlüsse.
So weit als möglich
kann vorgesehen werden, dass der Hüllenkegel 11 mit einer
Masseumfangsschaltung 15 an der Komponente 2 in
Kontakt tritt, die auf der gedruckten Schaltung 3 verwirklicht ist.
Jedoch diese Anordnung ist nicht unbedingt notwendig, es reicht
nur aus, wenn der Hüllenkegel 11 eine
größere Ausdehnung
als die Anschlüsse 4 hat, um
sie nicht zu berühren.
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Der
Maskenkern 10 hingegen besitzt eine Ausbreitung 16,
deren eine Querschnittsfläche
an der Stelle seines Endes auf der Komponente 2 kleiner
als die Ausdehnung 14 der Fläche eines Gehäuses der
zu testenden integrierten Schaltung 2 ist.
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Wie
der Hüllenkegel
an die gedruckte Schaltung 3 angelegt wird, wird der Maskenkern 10 an
der Komponente im Inneren des Hüllenkegels
angeordnet. Der Hüllenkegel 11 und
der Maskenkern 10 sind mit der Versorgungsschaltung 8 verbunden.
In einem Beispiel umfasst diese Versorgungsschaltung 8 ein Koaxialkabel
mit einem Kern 17 und einem äußeren Masseleiter 18,
im Allgemeinen einer Litze. Der Maskenkern 10 ist mit dem
Mittelleiter 17 verbunden, der Hüllenkegel 11 ist mit
der Litze 18 verbunden.
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Auf
diese Weise wird die Entwicklung des funkelektrischen Feldes in
dem Raum 12 eingegrenzt, insbesondere jenem, in dem sich
die Anschlüsse 4 befinden.
Im Bedarfsfall kann der Hüllenkegel 11 durch
einen zweien Kegel 19 von symmetrischer Form zum ersten
ergänzt
werden, der gegenüber
der gedruckten Schaltung 3 angeordnet ist. Dadurch wird
in jedem Fall die gedruckte Schaltung 3, die mit ihrer
integrierten Schaltung 2 versehen ist, in eine Last für das strahlenförmige Feld
umgewandelt. Da sich das strahlenförmige Feld nicht in dem gesamten
Raum sondern nur zwischen dem Maskenkern 10 und dem Hüllenkegel 11 an
der Stelle der Anschlüsse 4 bildet,
ist es wesentlich wichtiger und wesentlich störender (was das angestrebte
Ziel ist), als wenn der Maskenkern 10 nicht vorhanden gewesen wäre und wenn
sich das elektrische Feld frei im Raum hätte bilden können.
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Um
den Hüllenkegel 11 an
die gedruckte Schaltung 3 gleichzeitig mit dem Maskenkern 10 an der
Komponente 2 anzulegen, kann vorgesehen werden, dass der
Maskenkern an seiner Spitze ein Loch besitzt, durch das elastisch
mit einem Freiheitsgrad in Translation der Kern 17 des
Koaxialkabels eindringt, um die Höhenunterschiede der Oberseiten
der Komponenten 2 auf der gedruckten Schaltung 3 zu berücksichtigen.
In der Praxis kann es während
des Tests ausreichen, das Koaxialkabel 17–18 mit
der Hand über
der gedruckten Schaltung während
der Messungen zu halten, um das Ergebnis zu erzielen. Mit anderen
Worten wird eine komplementäre
Struktur zum Betätigen
und Halten vorgesehen.
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Natürlich sind
der Hüllenkegel 11 und
der Maskenkern 10 vorzugsweise mit den Strom leitenden
Flächen
ausgebildet. Jedoch es wäre
möglich, einen
von ihnen oder auch beide mit Materialien mit sehr unterschiedlicher
Luftpermittivität
herzustellen, so dass das befürwortete
Wellenleiterphänomen wirksam
zur Geltung kommt.
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In 4 ist
der Maskenkern 10 zu sehen, der von einem Blech gebildet
ist und eine an seiner Basis durch eine metallische, mit den Seiten
kontinuierliche Fläche
geschlossene konische Form aufweist. In diesem Beispiel besitzt
der Maskenkern 10 eine kreisförmige Ausbreitung, deren Durchmesser
ungefähr
12,3 mm beträgt.
Der Maskenkern 10 umfasst auch an seiner Spitze 20 ein
Loch, das an seinen Wänden metallisiert
ist und es ermöglicht,
einen Kern eines Koaxialkabels einzuführen und darin diesen Kern
zu verschweißen.
Als Variante ist der Maskenkern 10 aus einem vollen metallischen
Material hergestellt. Wenn er aus Blech ist, kann das Loch 20 an
seinem inneren Ende durch einen metallischen Stöpsel verschlossen werden oder
nicht.
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Wie
der Maskenkern 10 vorzugsweise aus einem Stück hergestellt
ist, ist der Hüllenkegel 11 vorzugsweise
aus zwei Halbschalen gebildet, die in 3 dargestellt
sind. In einem Beispiel sind diese beiden Halbschalen durch Formguss
oder Stanzen hergestellt. Jede Halbschale umfasst einen Mantel 21 von
halbkonischer Form, der auf eine Umdrehungsachse 22 zentriert
ist. Der Mantel 21 ist an seiner Basis mit einer Schürze 23 von
zylindrischer Kreisform um die Achse 22 verbunden. Über dem Mantel 21 ist
ein massiver Hals 24 von zylindrischer Außenform
und konischer Innenform um die Achse 22 montiert.
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5 zeigt
im Schnitt jede der Halbschalen, die in 3 dargestellt
sind. Die Halbschalen weisen an der Stelle des massiven Halses 24 Anlegeflächen 25 und 26 auf.
In einem Beispiel ist die Fläche 25 mit einer
Bohrung 27 durchbohrt, während die Fläche 26 ein
nicht durchgehendes Gewinde 28 aufweist. Es könnte allerdings
durchgehend sein. Die Bohrung 27 umfasst ausgehend von
der zylindrischen Wand 29 des Halses ein Loch 30,
das größer ist
als die Bohrung 27. Dieses Loch 30 ermöglicht es,
einen Kopf einer in der Bohrung 27 gleitenden Schraube
zu halten, die in das Gewinde 28 der anderen Halbschale,
die an die Flächen 25 und 26 angelegt
ist, geschraubt wird. Der Hals 24 umfasst auch an seiner
Spitze eine halbe kreisförmige Öffnung 31 in
Form einer halben Wanne. Die halbe Öffnung 31 ist dazu
bestimmt, die Litze 18 des Koaxialkabels, die zur Versorgung
der Sonde dient, einzuschließen.
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Die
Tatsache, dass Halbschalen verwendet werden, ermöglicht es, bei einer selben
Größe des Maskenkerns
eventuell Hüllenkegel
von unterschiedlicher Größe und Form
in Abhängigkeit
vom Platzbedarf oder der Ausdehnung einer zu testenden integrierten
Schaltung anzupassen.
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Wie
die bisher gezeigten Formen konisch ausgeführt sind, wäre es auch möglich, Formen
mit Ausbreitungen zu verwenden, deren Basisquerschnitt nicht kreisförmig, sondern
eventuell rechteckig, quadratisch oder dergleichen ist, in Abhängigkeit
von der Form der zu testenden integrierten Schaltungen. Natürlich können die
in den 3 und 4 angeführten Zahlenangaben an die
Größe der zu
testenden integrierten Schaltungen angepasst werden. Die Halbschalen
sind beiderseits einer durch die Achse 22 gehenden Ebene
ausgebildet. Sie sind zu dieser Ebene symmetrisch. Die halbe Öffnung 31 ist
metallisiert, um einen guten Kontakt auf der Litze 18 zu
gewährleisten.
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In 6 ist
als Variante die Schürze 23 in Form
eines verformbaren und leitenden metallischen Gewebes hergestellt.
Dieses metallische Gewebe, das an den metallischen Mantel 21 angeschlossen ist,
kanalisiert das Feld. Wenn eine Masseaussparung nicht auf der gedruckten
Schaltung, die die zu testende integrierte Schaltung trägt, ausgeführt ist, ist
der untere Rand der Gewebeschürze 23 mit
einer Isolierdichtung 38, beispielsweise aus Gummi und beispielsweise
abnehmbaren Typs, versehen. Das Profil der Dichtung 38 ist
U-förmig.
Der Abstand der Schenkel des U ist eng genug, um die Dichtung 38 durch
Elastizität
an der Basis der Schürze,
an der sie im Eingriff steht, zu halten.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Sonde ist
folgende. In 1 werden mit dem Generator 5 und
mit Hilfe der Antenne 9 elektromagnetische Signale dazu
verwendet, um die Funktion der integrierten Schaltung 2,
die durch eine Steuer- und Kontrollschaltung 32 in Betrieb
gesetzt wird, zu stören.
Diese Schaltung ist beispielsweise eine Schaltung von dem Typ jener,
die in dem Dokument US-B1-6 400 164 beschrieben ist. Die Kontrollschaltung 32 ist überdies
in der Lage, den Antwortfehler der integrierten Schaltung 2 bei
einer Belastung der integrierten Schaltung 2 zu messen.
Ein Zähler 33 dient
dazu, die Anzahl von Fehlern, die in der integrierten Schaltung 2 zum Zeitpunkt
dieser Störungen
auftreten, zu messen.
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Die
Versorgungsschaltung 8 umfasst überdies vorzugsweise einen
Koppler 34 mit 3 dB mit zwei Abzweigungsausgängen 35 und 36.
Der Ausgang 35 ermöglicht
es, die tatsächliche
eintreffende Leistung Pi zumessen, die von der Antenne 9 an
die Anschlüsse 4 angelegt
wird. Der Ausgang 36 ermöglicht es, die reflektierte
Leistung Pr auf Grund des Anpassungsfehlers an die Impedanz, die
für die
von der integrierten Schaltung 2 gebildete Last charakteristisch ist,
zu messen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Subtrahieren der
reflektierten Leistung von der eintreffenden Leistung, in einem
Messgerät 37 die
tatsächliche
Störleistung
zu messen, die von den Anschlüssen 4 und
der integrierten Schaltung 2 zum Zeitpunkt des Tests aufgenommen
wird. Mit Hilfe des Messgeräts 37 kann
insbesondere beurteilt werden, ob es angemessen ist, den zweiten
Hüllenkegel 19 symmetrisch
zum ersten Hüllenkegel 11 auf
der anderen Seite der gedruckten Schaltung 3 anzuordnen oder
nicht.