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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen, die
zum zeitlichen Abgleichen von Signalkanälen von Messinstrumenten verwendet werden,
und insbesondere eine Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von
Signalen zum zeitlichen Abgleichen von Signalkanälen mit den Prüfspitzen
von Messsonden, die an die Signalkanäle von einem oder mehreren
Oszilloskopen angeschlossen sind.
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Oszilloskope
werden zum Erfassen, Verarbeiten und Anzeigen von elektrischen Signalen
von einer getesteten Vorrichtung verwendet. Oszilloskope weisen
im Allgemeinen mehrere Signalkanäle zum
Erfassen und Anzeigen von mehreren Signalen von der getesteten Vorrichtung
auf. Jeder Signalkanal ist über
eine Messsonde mit der getesteten Vorrichtung gekoppelt. In vielen
Messanwendungen muss ein Benutzer die zeitliche Beziehung zwischen den
gemessenen Signalen kennen. Zeitverzögerungsdifferenzen zwischen
den Signalkanälen
verdecken die zeitliche Beziehung zwischen den gemessenen Signalen.
Es ist daher erforderlich, die Signalkanäle für genaue Zeitmessungen zeitlich
abzugleichen oder zeitgleich zu machen.
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Tektronix,
Inc., Beaverton, OR, ein Hersteller von Oszilloskopen, stellt unter
der Teilenr. 067-0405-02 eine Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen zum zeitlichen Abgleichen der Signalkanäle ihrer
Oszilloskope mit der Messsondenspitze her. Die Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen weist ein Gehäuse auf, das eine Leiterplatte
abstützt,
von der sich vier Sätze
von quadratischen Stiftanschlüssen
erstrecken. Jeder Satz von Anschlüssen weist ein Paar von gleich
hohen Anschlüssen
und ein Paar von ungleich hohen Anschlüssen auf. Einer der gleich
hohen Anschlüsse
in jedem Satz ist mit einer Masse gekoppelt, während der andere mit einem
externen Eingangssignal gekoppelt ist. Der kürzere der ungleich hohen quadratischen
Stifte von jedem Satz ist auch mit dem externen Signal gekoppelt,
während
der längere
quadratische Stift mit der Masse gekoppelt ist. Ein Anschluss vom
BNC-Typ ist am Gehäuse
montiert, um das externe Eingangssignal mit der Vorrichtung zum
zeitlichen Abgleichen von Signalen zu koppeln. Der mittlere Leiter
des BNC-Anschlusses ist durch eine Schaltungsbahn, die auf der Leiterplatte
ausgebildet ist, mit einer Abschlussbrücke verbunden. Die Abschlussbrücke besteht
aus einem Paar von quadratischen Stiftanschlüssen, die sich von der Leiterplatte erstrecken.
Ein Abschlussbrückenwiderstand,
wie z. B. ein Widerstand mit 50 Ohm, ist an der Abschlussbrücke angeordnet.
Gleich lange Leiterplattenbahnen erstrecken sich von der Abschlussbrücke zu den vier
Sätzen
von quadratischen Stiftanschlüssen.
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Die
vorstehend beschriebene Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von
Signalen ist für
ein handfreies zeitliches Abgleichen von Signalkanälen ausgelegt,
wobei die Messsonden Prüfspitzen
vom Fassungstyp oder Prüfspitzen
vom Nadeltyp mit Sondenspitzenadaptern vom Fassungstyp aufweisen. Die
gleich langen quadratischen Stifte werden verwendet, wenn sich die
Signalsondenspitze und die Massespitze im gleichen Abstand von der
Messsonde erstrecken. Die ungleich hohen quadratischen Stifte werden
verwendet, wenn sich die Prüfspitze vom
Ende der Messsonde erstreckt und sich die Massespitze von der Messsonde
in einem Abstand rückwärts von
der Prüfspitze
erstreckt. Einer der Signalkanäle
wird als Bezugssignalkanal festgelegt und alle anderen Kanäle werden
mit diesem Kanal zeitlich abgeglichen oder zeitgleich gemacht. Das
externe Eingangssignal wird an die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen angelegt und die Messsonde des Bezugskanals wird mit
einem der Paare der quadratischen Stiftanschlüsse verbunden. Die Messsonde
des Signalkanals, der mit dem Bezugskanal zeitlich abgeglichen werden
soll, wird mit einem der anderen Paare von quadratischen Stiftanschlüssen verbunden.
Jeder Oszilloskop-Signalkanal weist einen Zeitabgleichsbereich von
Kanal zu Kanal auf, der ermöglicht,
dass die Kanäle
zeitlich abgeglichen werden. Die digitalen Oszilloskope der TDS7000-Reihe, die von Tektronix,
Inc., hergestellt und vertrieben werden, weisen beispielsweise einen Zeitabgleichsbereich
von ±25
ns auf. Die Oszilloskope der TDS7000-Reihe weisen Softwareroutinen
auf, die die erfassten digitalen Abtastwerte der Eingangssignale
von den verschiedenen Signalkanälen
einstellen, um die Signale in einer zeitlich abgeglichenen Weise
anzuzeigen.
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Steuerelemente
am Oszilloskop werden verwendet, um die Signalkanäle zeitlich
abzugleichen. Es ist auch möglich,
Leitungen mit variabler Verzögerung
in den verschiedenen Signalkanälen
zu verwenden, um die Signalkanäle
zeitlich abzugleichen.
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Ein
Nachteil der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen besteht darin, dass Messsonden mit Prüfspitzen
vom Nadeltyp ohne Adapter vom Fassungstyp die Verwendung von Prüfstationen
erfordern, um die Messsonden mit der Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen zu verbinden. Die Messsonden werden an Prüfarmen der
Prüfstation
befestigt und die Prüfarme
werden positioniert, um die Signalprüfspitzen mit den quadratischen
Stiftanschlüssen
mit dem externen Eingangssignal zu verbinden. Die Massekontakte
der Messsonden können
direkt mit den quadratischen Massestiften verbunden werden, wenn
der Abstand zwischen den Signalprüfspitzen und den Massekontakten
derselbe ist wie der Abstand der quadratischen Stiftanschlüsse. Wenn
dies nicht der Fall ist, dann sind Masseverbindungsadapter erforderlich,
um die Sondenmassekontakte mit den Massen der quadratischen Stifte
zu verbinden. Der Bedarf für
Prüfstationen
sind zusätzliche
Kosten für
die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen sowie zusätzliche
Zeit zum Einrichten der Prüfstationen,
um die Zeitabgleichsfunktion durchzuführen. Ein weiterer Nachteil
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von
Signalen ist die Unfähigkeit,
Differenzsonden, die sowohl positive als auch negative Signale erfordern, zeitlich
abzugleichen.
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Was
erforderlich ist, ist eine Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen, die ein handfreies zeitliches Abgleichen oder Zeitgleichmachen
von Signalkanälen
eines Oszilloskops ermöglicht,
welche mit Messsonden mit verschiedenen Arten von Prüfspitzen
verbunden sind. Die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
sollte Messsonden mit Prüfspitzen
vom Nadeltyp sowie Prüfspitzen
vom Fassungstyp leicht aufnehmen. Die Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen sollte auch Differenz-Messsonden mit beiden
Arten von Prüfspitzen leicht
aufnehmen. Die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
sollte ferner Signalverzögerungen,
die sich durch die Vorrichtung ausbreiten, minimieren, so dass jeder
der Sondenspitzenkontakte das Signal oder die Signale der Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen gleichzeitig empfängt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen zum zeitlichen Abgleichen von Signalkanälen eines Maßinstruments,
die mit Messsonden mit Prüfkontakten
verbunden sind. Die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
weist eine mehrschichtige Leiterplatte mit gegenüberliegenden Seiten auf, wobei
Paare von verspiegelten Signalstartkontakten an den gegenüberliegenden
Seiten der Leiterplatte angeordnet sind. Ein erstes Paar der Kontakte
ist mit elektrischer Masse gekoppelt und ein zweites Paar von Kontakten
ist über
gleich lange, elektromagnetisch gekoppelte Streifenleitungen mit einer
Signalquelle verbunden. Die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen weist zumindest einen ersten und einen zweiten Sondenhalter
zum Abstützen
der Messsonden auf der Leiterplatte auf. Einer der Sondenhalter
ist auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet und der andere Sondenhalter
ist auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordnet, wobei die
Prüfkontakte
der Messsonden mit den Signalstartkontakten gekoppelt sind.
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Die
Signalstartkontakte sind vorzugsweise quadratische Stiftkontakte,
die sich von den gegenüberliegenden
Seiten der Leiterplatte erstrecken, wobei Kontaktstellen benachbart
zu den quadratischen Stiftkontakten ausgebildet sind und mit diesen
elektrisch gekoppelt sind. Alternativ können die Signalstartkontakte
nur den quadratischen Stiftkontakt oder die Kontaktstellen umfassen.
Ein Ausführungsbeispiel
des Sondenhalters umfasst ein Stützelement, das
sich von der Seite der Leiterplatte erstreckt, zum Abstützen der
Messsonde. Eine Vorspannfeder erstreckt sich von der Seite der Leiterplatte
benachbart zum Stützelement,
um eine Kraft auf die Messsonde auszuüben, um die Messsonde zwischen
dem Stützelement
und der Feder zu fassen. Die Vorspannfeder umfasst ein ausragendes
Federelement mit einem darin ausgebildeten Schlitz, der eine erste
und eine zweite ausragende Feder definiert, die sich von einem Dornelement
erstrecken. Ein Stützelement
erstreckt sich in einer ungefähren
vertikalen Richtung vom Dornelement und weist einen darin ausgebildeten
Schlitz auf, der axial auf den Schlitz des ausragenden Federelements
ausgerichtet ist, was Stützen für die erste
und die zweite ausragende Feder definiert. Ein Arretierungselement
erstreckt sich in den Schlitz. Das ausragende Federelement ist in
einem länglichen
Schlitz angeordnet, der in der Leiterplatte ausgebildet ist, so
dass die erste und die zweite ausragende Feder auf den gegenüberliegenden
Seiten der Leiterplatte angeordnet sind und das Arretierungselement
in einer Arretierungsöffnung
aufgenommen wird, die in der Leiterplatte ausgebildet ist. Ein zweites
Ausführungsbeispiel
des Sondenhalters weist einen mehrfach gebogenen Federdraht auf,
der ein Befestigungselement bildet, das durch Stützelemente mit federgespannten
Stützarmen
verbunden ist, wobei ein Ende der federgespannten Stützarme zum
Aufnehmen der Messsonde nach außen
ausgestellt ist. Mehrere Sondenhalter können auf jeder Seite der Leiterplatte
angeordnet sein.
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Die
Signalquelle ist vorzugsweise an der Leiterplatte angebracht, wobei
die Signalquelle positive und negative Signale erzeugt. Das zweite
Paar von Signalstartkontakten empfängt das positive Signal und
ein drittes Paar von Kontakten empfängt das negative Signal über gleich
lange, elektromagnetisch gekoppelte Streifenleitungen, die an die
Signalquelle angeschlossen sind. Ein Spannungseingangsanschluss
ist an der Leiterplatte angebracht, der Eingangsspannungsleistungen
empfängt,
die mit der Signalquelle gekoppelt sind. Der Spannungseingangsanschluss
ist vorzugsweise ein USB-Anschluss. Alternativ kann zumindest ein
erster Signaleingangsanschluss an der Leiterplatte angebracht sein,
welcher einen Signalleiter aufweist, der mit einer der gleich langen,
elektromagnetisch gekoppelten Streifenleitungen gekoppelt ist, um
ein Signal von der Signalquelle zu empfangen.
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Die
Aufgaben, Vorteile und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung
sind aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Ansprüchen und den
beigefügten
Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGSFIGUREN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen darstellt.
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2 ist
eine repräsentative
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' der Leiterplatte 12, welche
die elektrischen Verbindungen mit den verspiegelten Startkontakten
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen zeigt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht teilweise in auseinandergezogener Anordnung,
die das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen darstellt.
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4 ist
eine Draufsicht auf eine Seite der Leiterplatte, die die Abschlussschaltung
der Signalstartkontakte der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen darstellt.
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5A und 5B stellen
die Montage einer Differenz-Messsonde an der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen dar.
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6 stellt
die Montage einer asymmetrischen Fassungsspitzen-Messsonde an der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen dar.
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7A und 7B stellen
die Montage einer sehr kleinen asymmetrischen Nadelpunktspitzen-Messsonde
an der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen dar.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht von verschiedenen Anwendungen von einem
der Sondenhalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Mit
Bezug auf 1 ist eine perspektivische Ansicht
eines ersten Ausführungsbeispiels
der Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen weist eine mehrschichtige Leiterplatte 12 auf,
die vorzugsweise in einer vertikalen Orientierung an einer Basis 14 befestigt
ist. Paare von verspiegelten Signalstartkontakten 16 in
Form von quadratischen Stiftkontakten 18 und 19 sind
in Durchgangslöchern
angeordnet, die in der Leiterplatte 12 ausgebildet sind,
so dass sich die quadratischen Stifte 18 und 19 von
den gegenüberliegenden
Seiten der Leiterplatte 12 erstrecken, was die verspiegelten
Startkontakte 16 bildet. Die längeren quadratischen Stiftkontakte 18 sind
mit elektrischer Masse gekoppelt und die kürzeren quadratischen Stiftkontakte 19 sind über gekoppelte,
gleich lange, elektromagnetisch gekoppelte Streifenleitungen mit
einer Signalquelle verbunden. Die Signalquelle liefert ein Signal
mit hoher Flankensteilheit, das über
die Signalstartkontakte 16 mit einer Signalprüfspitze
einer Messsonde gekoppelt wird. Das Signal mit hoher Flankensteilheit
kann von einer externen Signalquelle geliefert werden, die mit der
Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen über einen
Eingangsanschluss 20 vom BNC-Typ gekoppelt ist. Der zentrale
Leiter 22 des Eingangsanschlusses ist mit den gleich langen,
elektromagnetisch gekoppelten Streifenleitungen verbunden, die auf
einer inneren Schicht der Leiterplatte 12 ausgebildet sind. Die
Signalstartkontakte 16 können auch durch verspiegelte
Kontaktstellen auf beiden Seiten der Leiterplatte 12 oder
eine Kombination von sowohl den quadratischen Stiftkontakten 18 und 19 als
auch den Kontaktstellen implementiert werden.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 1 stellt zwei Arten von Sondenhaltern 24 und 26 zum
Abstützen
der Messsonden auf der Leiterplatte 12 dar. Der erste Sondenhalter 24 weist
ein Stützelement 28 in Form
eines Stützstabes
auf, der sich von der Oberfläche
der Leiterplatte 12 erstreckt und die Messsonde abstützt. Eine
Vorspannfeder 30 erstreckt sich von der Leiterplatte 12 benachbart
zum Stützelement 28 nach
außen,
welche eine Kraft auf die Messsonde ausübt, um die Sonde zwischen dem
Stützelement 28 und
der Vorspannfeder 30 zu fassen. Die Struktur der Vorspannfeder 30 wird
nachstehend genauer beschrieben. Der andere Sondenhalter 26 ist
aus einem mehrfach gebogenen Federdraht ausgebildet, welcher ein
Befestigungselement 32 erzeugt, das durch Stützelemente 34 mit
federgespannten Stützarmen 36 verbunden
ist. Kabelhalter 40 können
an der Leiterplatte 12 befestigt sein, um die Koaxialkabel
aufzunehmen, die sich von den Messsondenköpfen erstrecken.
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2 ist
eine repräsentative
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' der Leiterplatte 12, die die
elektrischen Verbindungen mit den verspiegelten Startkontakten 14 zeigt.
Die Leiterplatte 12 ist aus mehreren Schichten von Leiterplattenmaterial
wie z. B. FR4, Teflon® und dergleichen ausgebildet,
die aneinander geklebt sind. Die in 2 dargestellte
Leiterplatte 12 weist fünf
dielektrische Schichten und sechs leitende Schichten auf, aber eine
beliebige Anzahl von dielektrischen und leitenden Schichten kann in
die Leiterplatte 12 der Vorrichtung 10 zum zeitlichen
Abgleichen von Signalen integriert werden. Leitende Massenebenenschichten 50 und 52 sind
auf den Innenflächen
der äußeren Leiterplattenschichten 54 und 56 abgeschieden.
Die Masseebenenschichten 50 und 52 sind mit elektrischer
Masse gekoppelt. Gleich lange Streifenleitungen 58 und 60 sind
auf den gegenüberliegenden
Oberflächen
der mittleren Leiterplattenschicht 62 ausgebildet, wobei
die Streifenleitungen 58 und 60 aufeinander gestapelt
sind und durch die Leiterplattenschicht 62 getrennt sind.
Die Streifenleitungen 58 und 60 sind mit der Signalquelle 64 gekoppelt,
die die sehr schnell kippende Flanke zu den quadratischen Stiftkontakten 19 liefert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Signalquelle ein Rambus®-Rechteckwellen-Taktsignal.
Eine Verzögerung
liegt am Startpunkt des Taktsignals an den Streifenleitungen 58 und 60 aufgrund
der Dicke der Leiterplattenschicht 62 vor. Die gestapelte
Orientierung der Streifenleitungen 58 und 60 koppelt
die Signale auf den jeweiligen Leitungen elektromagnetisch durch die
Leiterplattenschicht 62. Die resultierende Kopplung der
Streifenleitungen beseitigt die Signalverzögerung an den Signalstartkontakten 16.
Plattierte Durchgangslöcher 66 und 68 sind
in der Leiterplatte 12 ausgebildet, die die quadratischen
Stifte 18 und 19 der Signalstartkontakte 16 aufnehmen.
Das Durchgangsloch 66 ist mit den Masseebenenschichten 50 und 52 elektrisch
gekoppelt und das Durchgangsloch 68 ist mit den Streifenleitungen 58 und 60 elektrisch
gekoppelt. Eine Abschlussschaltung 69 (in 4 gezeigt)
ist auf der oberen Oberfläche
der Leiterplatte ausgebildet, um den quadratischen Stiftkontakt 19 der
Signalstartkontakte 16 in der charakteristischen Impedanz
der gleich langen, elektromagnetisch gekoppelten Streifenleitungen 58 und 60 abzuschließen.
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Mit
Bezug auf 3 ist eine perspektivische Ansicht
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
der vorliegenden Erfindung in teilweise auseinandergezogener Anordnung
gezeigt. Gleiche Elemente von den vorherigen Zeichnungen sind in 3 gleich bezeichnet.
Längliche
Schlitze 70 sind in der Leiterplatte 12 ausgebildet,
die die Vorspannfedern 30 des Sondenhalters 24 aufnehmen.
Arretierungsöffnungen 72 sind
auch in der Leiterplatte 12 benachbart zu den länglichen
Schlitzen 70 ausgebildet. Die Vorspannfeder 30 weist
ein ausragendes Federelement 74 mit einem darin ausgebildeten
Schlitz 76 auf, welcher ausragende Federn 78 und 80 definiert.
Die ausragenden Federn 78 und 80 erstrecken sich
von einem Dornelement 82. In einer Richtung, die zum Dornelement 82 ungefähr vertikal
ist, erstreckt sich ein Stützelement 84.
Das Stützelement
weist einen darin ausgebildeten Schlitz 86 auf, der axial
auf den Schlitz 76 der ausragenden Feder ausgerichtet ist und
ausragende Stützen 88 und 90 definiert.
Ein Arretierungselement 92 erstreckt sich von einer der ausragenden
Stützen 88 und 90 in
den Schlitz 86. Die Vorspannfeder 30 wird in den
länglichen
Schlitz 70 derart eingesetzt, dass die Leiterplatte 12 über den
Schlitzen 76 und 86 mit der ausragenden Feder 78 und
der ausragenden Stütze 88 auf
einer Seite der Leiterplatte 12 und der ausragenden Feder 80 und der
ausragenden Stütze 90 auf
der anderen Seite der Leiterplatte 12 zentriert ist. Die
Vorspannfeder 30 wird im Schlitz 70 vorwärts bewegt
und nach oben gedreht, um das Arretierungselement 92 in
der Arretierungsöffnung 72 in
Eingriff zu bringen, was zu einer verriegelten Vorspannfeder führt, wie
durch die Vorspannfeder 94 gezeigt.
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Die
Stützelemente 28 der
Sondenhalter 24 weisen Stecker- und Buchsenteile 96 und 98 auf,
die aus einem harten Material wie z. B. Metall, ABS-Kunststoff oder
dergleichen ausgebildet sind. Die Steckerteile 96 weisen
einen Gewindeschaft 100 an einem Ende auf, der länger ist
als die Dicke der Leiterplatte 12. Die Buchsenteile 98 weisen
eine Gewindeöffnung 102 an
einem Ende auf, die den Gewindeschaft 100 der Steckerteile 96 aufnimmt. Öffnungen 104 sind
in der Leiterplatte 12 benachbart zu den Vorspannfedern 30 und 94 ausgebildet,
die den Gewindeschaft 100 der Steckerteile 96 des
Stützelements 28 aufnehmen.
Die Gewindeschäfte 100,
die sich von der anderen Seite der Leiterplatte 12 erstrecken,
werden in die Gewindeöffnungen 102 der Buchsenteile 98 des
Stützelements 28 geschraubt. Die
Stecker- und Buchsenteile 96 und 98 werden gegen
die Leiterplatte 12 festgezogen.
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Die
Sondenhalter 26 werden an der Leiterplatte 12 unter
Verwendung von Befestigungselementen 104 ähnlich den
Stützelementen 28 angebracht.
Die Befestigungselemente 104 weisen Stecker- und Buchsenteile 106 und 108 auf,
wobei der Steckerteil 106 einen Gewindeschaft 110 aufweist, der
sich von einem Ende erstreckt, und der Buchsenteil eine Gewindeöffnung 112 an
einem Ende aufweist. Der Gewindeschaft 110 wird durch das
Befestigungselement 32 des Sondenhalters 26 eingesetzt und
wird durch eine Öffnung 114,
die in der Leiterplatte 12 ausgebildet ist, eingesetzt.
Der Gewindeschaft 110 wird in die Gewindeöffnung 112 geschraubt
und festgezogen, um den Sondenhalter 26 an der Leiterplatte 12 zu
befestigen. Der Sondenhalter 26 ist so gezeigt, dass ein
Ende der federgespannten Stützarme 36 zum
Aufnehmen der Messsonde nach außen ausgestellt 38 ist.
Der dargestellte Sondenhalter 26 ist eine mögliche Konfiguration
und andere Konfigurationen sind möglich, die zusätzliche
Biegungen im Draht oder andere Ausstellanordnungen für die federgespannten
Stützarme 36 umfassen
können.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
umfasst zwei zusätzliche
Paare von verspiegelten Signalstartkontakten 16. Der kürzere quadratische
Stiftkontakt 120 der Signalstartkontakte 16 empfängt ein
negatives Signal von der Signalquelle 122 und der längere quadratische
Stiftkontakt 124 ist mit der elektrischen Masse gekoppelt.
Die Signalquelle 122 ist in die Leiterplatte 12 integriert,
wie durch das integrierte Schaltungsbauelement für das Rambus®-Taktsignal
mit hoher Flankensteilheit dargestellt. Die Signalquelle 122 erzeugt
sowohl positive als auch negative Taktsignale. Das negative Signal von
der Signalquelle 122 ist mit dem quadratischen Stiftkontakt 120 durch
gleich lange, elektromagnetisch gekoppelte Streifenleitungen wie
die vorher beschriebenen Streifenleitungen 58 und 60 verbunden. Das
positive Signal ist durch die Streifenleitungen 58 und 60 mit
dem kürzeren
quadratischen Stift 19 gekoppelt. Die positiven und negativen
Streifenleitungen weisen dieselbe Länge zwischen der Signalquelle 122 und
den jeweiligen Signalstartkontakten 19 und 120 auf,
um zeitlich abgeglichene positive und negative Signale zu den Signalstartkontakten 16 zu liefern.
Ein Leistungsanschluss 126 ist an der Leiterplatte 12 angebracht,
der über
ein Leistungskabel 128 Eingangsspannungsleistungen und
Masse empfängt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind der Leistungsanschluss 126 und das Kabel 128 Vorrichtungen
eines universellen seriellen Busses (USB). Das USB-Kabel 128 wird
in einen USB-Anschluss am Oszilloskop oder eine Vorrichtung einer
anderen Art mit einem USB-Anschluss eingesteckt.
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4 ist
eine Draufsicht auf eine Seite der Leiterplatte, die die Abschlussschaltung 69 der
Signalstartkontakte 16 in der charakteristischen Impedanz
der Streifenleitungen darstellt, die die positiven und negativen
Signale von der Signalquelle 122 koppeln. Die Ansicht von 4 zeigt
auch eine Seite von verspiegelten Kontaktstellen 130, die
für Messsonden
mit sehr kurzen Nadelprüfspitzen
verwendet werden. Die Kontaktstellen 130 sind mit den quadratischen
Stiftkontakten 18, 19, 120 und 124 über Leiterbahnen 132,
die auf der Oberfläche
der Leiterplatte 12 ausgebildet sind, elektrisch gekoppelt.
Abschlusswiderstände 134 und 136 sind
mit den jeweiligen Signalstartkontakten 19 und 120 über Leiterbahnen 138 und 140 gekoppelt.
Die anderen Enden der Abschlusswiderstände 134 und 136 sind
jeweils mit einer Seite von Kondensatoren 142 und 144 über die
Leiterbahn 146 gekoppelt. Die anderen Enden der Kondensatoren 142 und 144 sind
mit der elektrischen Masse über Leiterbahnen 148 und 150 gekoppelt,
die jeweils mit den quadratischen Stiftkontakten 18 und 124 gekoppelt
sind.
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Die
Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen der
vorliegenden Erfindung nimmt zahlreiche Arten von Messsonden mit
verschiedenen Arten von Prüfspitzen
auf. Die 5A und 5B stellen
die Montage einer Differenz-Messsonde 160 mit
positiven und negativen markierten Nadelpunktprüfspitzen 162 und 164 an
der Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
dar. Die verspiegelten Signalstartkontakte 16 umfassen
die quadratischen Massestifte 18 und 124 und die
positiven und negativen quadratischen Stifte 19 und 120,
die die positiven und negativen Signale von der Signalquelle 122 empfangen.
Die Messsonde 160 wird an der Vorrichtung 10 zum
zeitlichen Abgleichen von Signalen unter Verwendung von einem der
Sondenhalter 24 angeordnet, der an der Leiterplatte 12 angebracht
ist. Die Sonde 160 wird im Sondenhalter 24 angeordnet, wobei
ein Teil der Sonde auf dem Stützelement 28 aufliegt
und die positive Prüfspitze 162 mit
dem positiven quadratischen Stift in Eingriff steht und die negative
Sondenspitze mit dem negativen quadratischen Stift 120 in
Eingriff steht. Die Vorspannfeder 30 übt eine Abwärtskraft auf die Sonde 160 aus,
was eine Aufwärtsdrehkraft
an der Sonde 160 um die Sonden-Stützelement-Grenzfläche verursacht und einen zwangsläufigen Eingriff
der Prüfspitzen 162 und 164 an
den quadratischen Stiften 19 und 120 vorsieht.
Eine zweite Differenz-Messsonde 166 wird in
derselben Weise am anderen Sondenhalter 24 angeordnet,
wie in 5B gezeigt. Die Prüfspitzen 162 und 168 und 164 und 169 der
Differenz-Messsonden 160 und 166 werden gegeneinander
angeordnet, um minimale Abstände
zwischen den Spitzen vorzusehen. Zwei zusätzliche Differenz-Messsonden
können an
den Sondenhaltern, die auf der anderen Seite der Leiterplatte 12 angebracht
sind, angeordnet werden. Die Prüfspitzen
aller vier Differenz-Messsonden empfangen aufgrund der Konstruktion
der Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen das positive
und das negative Signal mit einer minimalen Zeitverzögerung.
Die gekoppelten Streifenleitungen, die die positiven und negativen
Signale von der Signalquelle zu den Kontakten 19 und 120 liefern,
weisen dieselbe Länge
auf. Jede Streifenleitung der gekoppelten Streifenleitungen koppelt
das Signal mit einer der zwei Seiten der Leiterplatte 12.
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Die
Kombination dieser Strukturen stellt eine minimale Menge an Zeitverzögerung zwischen
den Startkontakten auf beiden Seiten der Leiterplatte 12 sicher.
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6 stellt
die Montage einer asymmetrischen Messsonde 170 mit Prüfspitzen 172 und 174 vom
Fassungstyp dar. Die Signalprüfspitze 172 erstreckt
sich vom Ende der Messsonde, wobei sich die Massespitze 174 von
der Sonde in einem Abstand rückwärts von
der Signalprüfspitze 172 erstreckt.
Die Fassungsprüfspitzen 172 und 174 der
Messsonde 170 werden jeweils auf die quadratischen Stifte 19 und 18 aufgesetzt.
Eine zweite asymmetrische Messsonde vom Fassungstyp wird auf die
verspiegelten quadratischen Stiftkontakte auf der gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte aufgesetzt.
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Die
Messsonde 170 vom Fassungstyp in 6 stellt
die Signalprüfspitze 172 und
die Masseprüfspitze 174 in
verschiedenen Abständen
vom Ende der Sonde dar. Dies erfordert unterschiedlich lange quadratische
Stiftkontakte 18 und 19. Die Vorrichtung 10 zum
zeitlichen Abgleichen von Signalen kann mit gleich langen quadratischen
Signal- und Massestiftkontakten für Messsonden mit den Prüfspitzen
vom Fassungstyp, die sich im gleichen Abstand von der Sonde erstrecken,
versehen sein. Die Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen nimmt auch Differenz-Messsonden vom Fassungstyp auf,
wobei die verschiedenen Fassungsspitzen auf die positiven und negativen
quadratischen Stifte 19 und 120 aufgesetzt werden.
Die Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen von Signalen kann
bis zu sechs Sonden gleichzeitig aufnehmen, wobei vier der Sonden
der Differenztyp der 5A und 5B sind
und zwei die Sonden vom Fassungstyp von 6 sind.
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Die 7A und 7B stellen
die Montage einer asymmetrischen Messsonde 180 mit sehr
kleinen Nadelpunktprüfspitzen 182 und 184 dar.
Die Prüfspitzen
werden zunehmend kleiner, um die induktive und kapazitive Belastung
zu verringern, wenn die Frequenzbandbreite der Messsonden höher in den
Gigahertzbereich ansteigt. Die Längen
der Prüfpunkte
für diese
Art von Sonden liegen in der Größenordnung
von 0,035 Inch, die zur Verwendung mit den Sondenstützen 24 zu
klein sind. Die Vorrichtung 10 zum zeitlichen Abgleichen
von Signalen nimmt eine Messsonde 180 mit sehr kleinem
Prüfpunkt
unter Verwendung der verspiegelten Kontaktstellen 130 auf
beiden Seiten der Leiterplatte 12 und der Sondenstütze 26 auf.
Die Kontaktstellen 130 sind mit den quadratischen Stiftkontakten 18, 19, 120 und 124 elektrisch
gekoppelt. Paare von erhabenen Rippen 188 sind auf gegenüberliegenden
flachen Oberflächen 190 der
Messsonde 180 ausgebildet, welche einen Trog bilden, der
die federgespannten Stützarme 36 des
Sondenhalters 26 aufnimmt. Die Sonde 180 wird
in den Sondenhalter 26 über
das ausgestellte Ende 38 der Stützarme 36 eingesetzt.
Der Sondenhalter 26 und die Sonde 180 werden so
angeordnet, dass die Prüfspitzen 182 und 184 mit
den Kontaktstellen 130 auf der Leiterplatte 12 in
Eingriff kommen. Eine zweite Messsonde 192 wird auf der
gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte 12 unter Verwendung eines anderen
Sondenhalters 26 angebracht, wie in 7B dargestellt.
Die zweite Messsonde 182 wird so angeordnet, dass ihre
Prüfspitzen
mit den verspiegelten Kontaktstellen 130 auf der gegenüberliegenden
der Leiterplatte 12 in Eingriff kommen.
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Der
Sondenhalter 26 kann auch separat von der Vorrichtung 10 zum
zeitlichen Abgleichen von Signalen für andere Arten von Prüfanwendungen
verwendet werden. 8 stellt Beispiele des Sondenhalters 26 dar,
der eine Messsonde in diesen Anwendungen abstützt. Der Sondenhalter 200 kann
an einer Leiterplatte 202 befestigt sein, die mit verschiedenen
passiven und aktiven Bauteilen 204 und 206 bestückt ist.
Die Leiterplatte 202 ist mit Durchgangslöchern erstellt,
die in der Platte ausgebildet sind und ein Sondenhalter-Befestigungselement 208 aufnehmen.
Das Befestigungselement 208 kann ähnlich dem vorher beschriebenen
Befestigungselement 104 mit den Stecker- und Buchsenteilen 110 und 112 sein.
Alternativ kann das Befestigungselement eine PEM®-Mutter,
die an der Rückseite
der Leiterplatte 202 befestigt ist, und den Steckerteil 110 des
Befestigungselements 104 mit dem Gewindeschaft umfassen.
Der Gewindeschaft wird durch das Befestigungselement 32 des
Sondenhalters eingesetzt und in die PEM geschraubt und festgezogen,
um den Sondenhalter an der Leiterplatte 202 zu befestigen.
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Der
Sondenhalter kann auch direkt an der Leiterplatte 202,
wie durch den Sondenhalter 210 dargestellt, unter Verwendung
eines Klebstoffs wie z. B. eines Heißklebstoffs, Epoxy oder dergleichen
befestigt werden. In diesem Beispiel ist die Leiterplatte mit offenen
Bereichen mit ausreichender Größe erstellt,
um das Befestigungselement 32 des Sondenhalters 210 aufzunehmen.
Der Sondenhalter kann auch an einem biegsamen Prüfarm 212 angebracht werden,
der an der Leiterplatte 202 befestigt ist. Die Leiterplatte 202 ist
mit einer oder mehreren Sondenarm-Befestigungsstellen 214 erstellt.
Der Sondenarm kann an der Leiterplatte 202 in einer ähnlichen
Weise wie der Sondenhalter 200 befestigt werden. Die Leiterplatten-Befestigungsstelle 214 weist
ein darin ausgebildetes Durchgangsloch auf, das einen Gewindeschaft
aufnimmt, der sich vom Ende des biegsamen Prüfarms erstreckt. Eine Mutter
oder eine ähnliche Art
von Gewindevorrichtung wird auf den Schaft von der Rückseite
der Leiterplatte geschraubt und an der Platte festgespannt. Das
andere Ende des biegsamen Prüfarms
kann eine Gewindeöffnung
umfassen, die den Steckerteil 110 des Befestigungselements 104 aufnimmt.
Der Gewindeschaft 110 des Steckerteils des Befestigungselements
wird durch das Befestigungselement des Sondenhalters 216 eingesetzt und
in die Gewindeöffnung
im Sondenarm geschraubt und festgezogen. Das Befestigungselement des
Sondenhalters kann auch so modifiziert werden, dass es in eine Öffnung eingesetzt
werden kann, die im Ende des biegsamen Prüfarms ausgebildet ist.
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Es
kann ein Bedarf bestehen, den Sondenhalter von der Schaltung auf
der Leiterplatte 202 zu isolieren. Ein Isolationsschutzgehäuse mit
einer Öffnung
darin, die ermöglicht,
dass der Steckerteil 110 des Befestigungselements durch
diese hindurch eingesetzt wird, kann über dem Befestigungselement des
Sondenhalters angeordnet werden. Es ist auch möglich, den Sondenhalter 26 aus
einem Isolationsmaterial mit dem Befestigungselement, den Stützelementen
und den federgespannten Stützarm-Strukturelementen
mit ausgestelltem Ende herzustellen, wie vorher beschrieben.
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Eine
Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen mit einer mehrschichtigen
Leiterplatte, die mehrere Sondenhalter auf jeder Seite der Leiterplatte
abstützt,
um Messsonden an der Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen
zu montieren, wurde beschrieben. Die Leiterplatte weist Paare von
verspiegelten Signalstartkontakten auf, die auf den gegenüberliegenden
Seiten der Platte angeordnet sind. In einem ersten Ausführungsbeispiel
weist die Leiterplatte ein erstes Paar der Kontakte, die mit der
elektrischen Masse gekoppelt sind, und ein zweites Paar von Kontakten,
die über
gleich lange, elektromagnetisch gekoppelte Streifenleitungen mit
einer Signalquelle verbunden sind, auf. Die Signalquelle ist vorzugsweise
auf der Leiterplatte der Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von
Signalen integriert. Alternativ kann die Signalquelle zur Vorrichtung
zum zeitlichen Abgleichen von Signalen extern sein, die dann mit
einem elektrischen Anschluss zum Empfangen eines Signals von der
externen Signalquelle versehen ist. Zusätzliche Paare von verspiegelten
Signalstartkontakten sind auf der Leiterplatte vorgesehen, um den
Zeitabgleich von Differenz-Messsonden zu ermöglichen. Die Signalquelle liefert
positive und negative Signale zu entsprechenden positiven und negativen
verspiegelten Signalstartkontakten über gleich lange, elektromagnetisch
gekoppelte Streifenleitungen. Zwei Arten von Sondenhaltern stützen die Messsonde
an der Vorrichtung zum zeitlichen Abgleichen von Signalen ab. Eine
Art von Sondenhalter weist ein Stützelement auf und eine Vorspannfeder erstreckt
sich von der Seite der Leiterplatte, wobei die Vorspannfeder eine
Kraft auf die Messsonde ausübt, um
die Messsonde zwischen dem Stützelement
und der Feder zu fassen. Die andere Art von Sondenhalter ist ein
mehrfach gebogener Federdraht, der ein Befestigungselement bildet,
das durch Stützelemente
mit federgespannten Stützarmen
verbunden ist, wobei ein Ende der federgespannten Stützarme nach außen ausgestellt
ist, um die Messsonde aufzunehmen.
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Für Fachleute
ist es offensichtlich, dass viele Änderungen an den Einzelheiten
der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung vorgenommen
werden können,
ohne von deren zugrundeliegenden Prinzipien abzuweichen. Der Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden
Ansprüche
bestimmt werden.