FR2733598A1 - Sonde de tension a plusieurs conducteurs - Google Patents

Abstract

Une tête de sonde comporte des entrées de puces de circuit intégré, un plan de masse sur une carte de circuit, et des centaines de conducteurs de sonde comprenant des pistes sur la carte de circuit, connectées entre les entrées et un circuit en cours d'essai. Chaque piste a une largeur de 3 mils environ. Il existe un matériau diélectrique en polytétrafluoroéthylène DICLAD d'une constante diélectrique de 2,2 environ, entre la masse et les pistes. Chaque autre piste est connectée électriquement au plan de masse. Les résistances d'entrée sont enterrées dans la carte de circuit, et il existe un réseau diviseur d'entrée sur la puce. Le client définit les broches reliées à la masse d'un circuit destiné à être vérifié. Les conducteurs de sonde correspondant aux broches reliées à la masse sont connectés au plan de masse, maximisant les connexions entre les masses de la sonde et le circuit en cours d'essai, et minimisant les potentiels de masse inégaux.

Description

SONDE DE TENSION A PLUSIEURS CONDUCTEURS

CONTEXTE DE L'INVENTION

1. Domaine de l'invention L'invention concerne de façon générale des sondes de tension pour transmettre un signal d'essai provenant d'un élément de circuit électronique destiné à être vérifié, à un oscilloscope ou à un autre dispositif de mesure électronique, et plus particulièrement une telle sonde ayant plusieurs conducteurs empaquetés de

façon dense dans une petite surface.

2. Description de l'art associé

Les sondes de tension sont habituellement utilisées pour transmettre des signaux d'essai analogiques provenant d'un circuit en cours d'essai, à un oscilloscope ou à un autre appareil d'essai électrique ou électronique. Une telle sonde électronique doit être capable de transmettre à l'appareil d'essai un signal électrique présent sur un noeud ou broche du circuit en cours d'essai, sans le déformer, c'est-à-dire avec une haute intégrité du signal. En outre, il ne doit appliquer aucune tension ou courant au circuit en cours d'essai. Les circuits électroniques actuels fonctionnent à des fréquences allant du courant continu à plusieurs gigahertz. Ainsi, les sondes d'essai pouvant être utilisées avec une grande diversité de circuits, doivent être capables de fournir une haute intégrité des signaux

sur une grande largeur de bande de fréquences.

Les circuits intégrés et hybrides deviennent à la fois plus complexes et plus petits, conduisant à des nombres toujours plus élevés de conducteurs de boîtiers

encombrés dans un espace de plus en plus petit, c'est-à-

dire que les conducteurs deviennent extrêmement denses avec des espacements très serrés. L'art a répondu à cette exigence en produisant un grand nombre d'accessoires conçus pour l'interface avec les boîtiers des circuits, tels que des quadruples boîtiers plats en matière plastique (PQFP). Ces accessoires fournissent une interconnexion entre le réseau dense de broches de sortie d'un boîtier de circuit, et un réseau moins dense de sorties pouvant plus facilement être mis en contact

manuellement avec une sonde tenue à la main.

La mesure manuelle de signaux, un par un, consomme du temps. Il est donc utile d'avoir un système de sonde ayant une haute densité de canaux de sonde, pouvant être sélectionnés électroniquement par l'intermédiaire d'un ordinateur ou d'autres moyens de sélection. Un tel système de sonde a été fourni dans notre demande de brevet U.S. en cours, numéro de série (PD 1094751). Toutefois, dans ce système de sonde, la haute densité de câblage dans le circuit en cours d'essai, et les interconnexions, se prolongent dans la sonde elle-même. C'est-à- dire que la sonde a sensiblement la même densité élevée de circuits que les circuits intégrés et les circuits hybrides de l'état de l'art. La proximité des conducteurs individuels dans des circuits ayant une telle densité élevée entraîne généralement un couplage entre les conducteurs et un

bruit, une distorsion, etc., associés.

Jusqu'à présent, la plupart, sinon la totalité, des boîtiers à haute densité contenant des circuits intégrés sont des circuits numériques. Dans l'art des circuits numériques, une haute intégrité des signaux n'est pas un but significatif, car il est seulement nécessaire aux circuits numériques de détecter la montée ou la descente d'un signal numérique. Ainsi, dans les circuits numériques, il existe un niveau de tolérance beaucoup plus grand du couplage, du bruit, de la distorsion, etc., que celui qui peut exister dans les circuits d'instrumentation analogiques. De plus, les circuits numériques n'ont pas besoin de fonctionner sans distorsion sur une grande largeur de bande de fréquences, car la plupart des variations de formes d'onde mineures dans les circuits numériques sont sans importance. Ainsi, la réalisation d'un système de sonde avec une haute densité de canaux de sonde pouvant être sélectionnés électroniquement ne semble pas possible, car un tel système semble incohérent avec les exigences de haute intégration de signaux, de grande largeur de

bande, des systèmes de sonde actuels.

RESUME DE L'INVENTION

La présente invention résout le problème ci-

dessus, grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques dans la construction de la carte de circuit pour la sonde. Les conducteurs du circuit sont faits de pistes extrêmement minces, de préférence de 3 mils environ. Un nouveau matériau de carte de circuit avec une constante diélectrique très faible, et pouvant être fabriqué en couches minces, est utilisé pour séparer les pistes et le plan de masse. Le matériau est de préférence, un polytétrafluoroéthylène, de préférence un tel matériau vendu sous la marque de fabrique DICLAD. Ce matériau a été réalisé pour être utilisé dans les circuits électroniques à micro-ondes, mais il s'est révélé utile dans les cartes de circuit,

pour diminuer le couplage capacitif avec la masse.

De plus, chaque conducteur actif est séparé de tous les autres conducteurs actif par un conducteur connecté au plan de masse, qui diminue le couplage entre les conducteurs actifs. Des résistances enterrées dans la carte de circuit, la mise en oeuvre de l'amplificateur dans une puce de circuit intégré, et l'utilisation de réseaux diviseurs d'entrée sur la puce, contribuent également à la diminution du couplage entre

les canaux de sonde adjacents.

De plus, la sonde est conçue de façon que sa masse et la masse du circuit en cours d'essai soient aussi proches que possible. Ceci est effectué en maximisant le nombre de conducteurs de sonde qui sont connectés à la fois à la masse de la sonde et à la masse du circuit à vérifier. Ceci est facilité en permettant à l'utilisateur de la sonde de définir les broches du circuit à essayer qui sont destinées à être des masses, puis en concevant ensuite la sonde de façon que tous les conducteurs de la sonde qui correspondent aux broches reliées à la masse du circuit en cours d'essai, soient connectées à la masse de la sonde. Ceci supprime pratiquement le bruit, le couplage et la réinjection par

l'intermédiaire de la masse.

L'invention fournit une sonde de tension analogique comprenant: un circuit intégré ayant une pluralité d'entrées de CI, une sortie et un amplificateur analogique pouvant être connecté entre les entrées et la sortie; une carte de circuit ayant une masse de sonde comportant un plan de masse; une pluralité de conducteurs d'entrée, une extrémité de chaque conducteur étant connectée à l'une des entrées du circuit intégré, et l'autre extrémité étant susceptible d'être connectée à un circuit en cours d'essai, chaque conducteur comprenant une piste sur la carte de circuit, chaque piste ayant une largeur comprise entre 0,5 mils et 5 mils; et la carte de circuit comportant en outre un matériau diélectrique entre le plan de masse et les pistes, la constante diélectrique du matériau diélectrique étant de 5 ou moins. La sonde d'essai analogique comporte en outre de préférence, une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant connecté entre deux conducteurs adjacents des conducteurs d'entrée, chacun des conducteurs intermédiaires étant connecté à la masse de la sonde, de façon que chacun des conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur intermédiaire relié à la masse. La constante diélectrique est de préférence de 2,2, et le matériau diélectrique comprend du polytétrafluoroéthylène DICLAD d'une épaisseur de 4 mils à 6 Mils. Chacun des conducteurs d'entrée comprend en outre de préférence, une résistance enterrée dans la carte de circuit, et la sonde de tension analogique comporte en outre une pluralité de réseaux diviseurs d'entrée sur la puce, chacun des réseaux étant connecté

à l'un des conducteurs d'entrée.

Selon un autre aspect, l'invention fournit une sonde de tension analogique comprenant: une pluralité d'entrées de sonde, une sortie, et un amplificateur analogique pouvant être connecté entre les entrées et la sortie; une carte de circuit comportant une masse de sonde; une pluralité de conducteurs d'entrée connectés entre les entrées et l'amplificateur, chaque conducteur comprenant une piste sur la carte de circuit; et une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant situé entre deux conducteurs adjacents des conducteurs d'entrée, chacun des conducteurs intermédiaires étant connecté à la masse de la sonde, de façon que chacun des conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur intermédiaire relié à la masse. Des conducteurs sélectionnés des conducteurs d'entrée sont connectés de préférence, à la masse de la sonde. La sonde comporte de préférence, un circuit intégré, et l'amplificateur analogique est situé dans le circuit intégré. La masse de la sonde comporte de préférence, une masse de retour de courant pour supprimer le courant

de haute fréquence provenant du circuit de la sonde.

Selon un autre aspect, l'invention fournit un procédé pour réaliser une sonde de tension du type pouvant être connecté à un circuit destiné à être vérifié, le circuit destiné à être vérifié ayant une masse de circuit et une pluralité de noeuds de circuit, le procédé comprenant les étapes de: fourniture d'une sonde de tension analogique comprenant une carte de circuit comportant une masse de sonde et une pluralité de conducteurs d'entrée, chacun des conducteurs d'entrée comprenant une piste sur la carte de circuit, et chacun parmi la pluralité de conducteurs d'entrée étant susceptible d'être connecté à un noeud spécifique des noeuds du circuit; et connexion à la masse de la sonde de chacun des conducteurs d'entrée correspondant aux noeuds sélectionnés des noeuds du circuit. L'étape de connexion comprend de préférence, la sélection desquels des noeuds du circuit sont connectés à la masse du circuit, et la connexion de la masse de la sonde à chacun des conducteurs d'entrée correspondant aux noeuds sélectionnés destinés à être connectés à la masse du circuit. L'étape de sélection est exécutée de préférence, par l'utilisateur du circuit, et l'étape de connexion comprend la maximisation du nombre de noeuds de circuit sélectionnés, et donc la maximisation du nombre de connexions entre la masse du circuit et la masse de la sonde. L'étape de fourniture comporte en outre de préférence, la fourniture d'une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant situé entre deux conducteurs adjacents desdits conducteurs d'entrée, et l'étape de connexion comprenant en outre la connexion de chacun des conducteurs intermédiaires à la masse de la sonde, de façon que chacun des conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur

intermédiaire relié à la masse.

Non seulement l'invention fournit une sonde de tension portative qui comporte des centaines de canaux de sonde, tout en assurant une largeur de bande élevée et une haute intégrité du signal, mais elle le fait également de façon simple, permettant ainsi à la sonde d'être fabriquée de façon relativement peu coûteuse. De nombreuses autres caractéristiques, buts et avantages de

l'invention deviendront évidents d'après la description

qui suit, lue conjointement avec les dessins annexes.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 est un schéma synoptique de circuit du mode de réalisation préféré d'un système de sonde électronique selon l'invention; la figure 2 est un schéma synoptique de circuit d'une tête de sonde de quadruple boîtier plat en matière plastique à haute densité (PQFP) typique, du système de sonde de la figure 1; la figure 3 est un détail d'une tête de sonde de la figure 2, montrant la structure et l'agencement du circuit, comportant les conducteurs et les puces de circuit intégré; la figure 4 est une coupe transversale par la ligne 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une vue en perspective d'une tête de sonde selon l'invention, et d'un PQFP, montrant de quelle façon la tête de la sonde se fixe au PQFP; la figure 6 représente un schéma de circuit du circuit d'entrée, comportant le réseau diviseur d'entrée du circuit intégré de la figure 7; la figure 7 est un schéma synoptique de

circuit d'une puce de circuit intégré de la figure 3.

DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE

1. Vue d'ensemble La figure 1 représente le mode de réalisation préféré d'un système de sonde de tension analogique 100, dans lequel l'invention est mise en oeuvre. Il faut comprendre que le système spécifique représenté sur les figures, et ici décrit, est un exemple. C'est-à-dire qu'il est destiné à présenter des exemples préférés de l'invention, de façon que les experts de l'art puissent la comprendre et la mettre en oeuvre complètement. Il n'est pas destiné à limiter l'invention aux exemples

spécifiques ici décrits et présentés.

Dans cette description, le terme "connecté

électriquement", lorsqu'il s'applique à deux éléments électriques, tels qu'une entree et une sortie, signifie qu'un signal électrique tel qu'une tension, un courant, un signal analogique ou un signal numérique, est transmis d'un élément à l'autre. Ceci est à distinguer

d'une connexion physique par des composants électriques.

Une entrée et une sortie peuvent par exemple, être connectées physiquement par des fils, des amplificateurs, des transistors, des résistances et d'autres composants électriques, mais aucun signal n'est transmis de l'entrée à la sortie, car un ou plusieurs des composants de commutation ou d'amplification peuvent être inactifs. Dans ce cas, l'entrée et la sortie ne sont pas "connectés électriquement". Dans cette

description, "amplificateur" signifie un circuit

électronique qui transmet des signaux, en modifiant habituellement l'amplitude, sans distorsion sensible, et comporte des amplificateurs 1:1, ainsi que des amplificateurs négatifs, et non simplement des

amplificateurs avec un gain positif.

Un système de sonde 100 comporte trois sondes de quadruples boîtiers plats en matière plastique (PQFP), telles que 101, chacune d'entre elles comportant une tête de sonde, telle que 103, et deux câbles coaxiaux 115. Chacune des têtes de sonde 102, 103 et 104 a un nombre spécifique d'entrées 105, et elle est enfermée mécaniquement dans un corps de sonde 515 (figure 5), lequel corps de sonde est conçu pour être tenu facilement dans une main, et facilement couplé mécaniquement à un quadruple boîtier plat en matière plastique (PQFP) spécifique 510 (figure 5). Les entrées de sonde 105, sous la forme d'un réseau de fuseaux 520, sont conçues pour être facilement couplées électriquement aux entrées du PQFP spécifié. La tête de sonde 102 par exemple, est conçue pour être couplée à un PQFP avec 240 broches, la tête de sonde 103 est conçue pour être couplée à un PQFP 530 avec 208 broches, tandis que la tête de sonde 104 est conçue pour être couplée à

un PQFP ayant 160 broches.

Le système de sonde de l'exemple 100 comporte également une sonde à point unique à usage général 106, qui comporte neuf embouts de sonde 108 et un fuseau de circuit 109. Chaque embout de sonde 108 est connecté au fuseau 109 par l'intermédiaire d'un câble coaxial de 50 ohms. La sonde à usage général 106 peut être utilisée pour sonder des circuits pour lesquels aucune tête de

sonde spécifique n'est disponible.

Le système de sonde 100 a deux sorties 129 et 130. De même, la plupart des composants du système, tels que les têtes de sonde 102 à 104, et le fuseau 109, ont deux sorties telles que 111 et 112. Dans chaque cas, nous ferons référence à une sortie en tant que sortie "A", et à l'autre en tant que sortie "B". Chaque tête de sonde 102, 103, 104, peut connecter l'une quelconque de ses entrées 105 à l'une o aux deux de ses sorties. La tête de sonde 103, par exemple, peut connecter l'une quelconque de ses 240 entrées à l'une ou aux deux de ses sorties 111 et 112. Chacun des différents chemins du système qu'un signal peut suivre depuis une entrée Il sélectionnée des entrées 105 ou des embouts de sonde 108, vers une sortie sélectionnée des sorties de sonde 129 et 130, définit un canal. Dans le cas de la sonde et de ses composants en général, la moitié des canaux traversent la sortie "A" 129, et la moitié traversent la sortie "B" 130. En tant que notation raccourcie, dans certains cas ci-dessous, nous ferons référence à des circuits ou éléments électroniques sur le côté de la sortie "A" du système, ou à un composant

en tant que composant de canal "A" ou "B".

Le système de sonde 100 comporte également une carte de circuit imprimé (PCB) 120, qui s'ajuste dans un analyseur logique 133 conçu comme interface avec la sonde, lequel analyseur logique est parfois appelé dans l'art "structure principale". Le PCB 120 contient un circuit programmeur de sélection de canal 121, un circuit de commande d'étalonnage 122, un circuit de commande de décalage 123 et un circuit d'alimentation de sonde 124, lesquels circuits partagent un microprocesseur 125 et sa mémoire associée 126; le programmeur de sélection de canal 121 comporte par exemple, la mémoire 126 et le microprocesseur 125 en ce que le logiciel de sélection de canal stocké dans la mémoire 126 est utilisé par le microprocesseur 125 pour délivrer des signaux de sortie qui produisent la sortie de données de sortie par le programmeur 121, par l'intermédiaire du câble 160, vers des verrous de programme (non représentés) situés dans la sonde 100. Le microprocesseur 125 et la mémoire 126 ne se trouvent pas sur le PCB 120, mais sont dans la structure principale 133, et sont ainsi représentés avec une ligne en pointillés autour d'eux. Les divers circuits 121 à 126 situés sur le PCB 120, comportent d'autres éléments et interconnexions électriques qui seront évidents, pour

les experts de l'art, d'après la description suivante.

Le PCB 120 comporte également un multiplexeur de deuxième niveau 127. Le multiplexeur 127 est mis en oeuvre sur un circuit intégré (IC) déposé sur le PCB , et il est capable de connecter l'une quelconque de ses 8 entrées à l'une quelconque ou aux deux de ses sorties 129 et 130. De plus, le système de sonde 100 comporte des moyens 140 pour entrer des signaux de commande, tels que pour programmer un multiplexeur de deuxième niveau 127, des têtes de sonde 102-104 et un fuseau 109. Dans le mode de réalisation préféré, les moyens 140 comportent des cadrans 141 et un clavier 142, bien que pratiquement l'un quelconque des mécanismes pour générer des signaux de commande électriques puissent être utilisés. Dans le mode de réalisation préféré, les cadrans 141 sont à l'avant de l'analyseur logique 133, et le clavier est un clavier de station de travail d'ordinateur; toutefois, ils sont représentés pour simplifier sur des moyens d'entrée de signal de commande communs 140. Dans le mode de réalisation préféré, plusieurs cadrans 145, ainsi que le programmeur de sélection de canal 121, comprennent des moyens de sélection 143 pour sélectionner l'une des entrées de sonde 105, 108 et l'une des sorties de sonde 129 ou 130, tandis qu'un cadran 146, ainsi qu'un programmeur de sélection de canal 121, comprennent des moyens de sélection de gain 144, pour sélectionner l'un parmi une pluralité de gains possibles pour des signaux transmis

de ladite entrée sélectionnée à ladite sortie.

Les sorties 111, 112 des têtes de sonde 102 à 104 et du fuseau 109, sont connectées au multiplexeur de deuxième niveau 127 par l'intermédiaire de câbles coaxiaux standard de 50 ohms 115. Les sorties 129, 130 du multiplexeur de deuxième niveau 127 peuvent être connectées à un appareil d'essai tel qu'un oscilloscope 150, par l'intermédiaire de câbles coaxiaux de 50 ohms 149. Le PCB de commande 120 est connecté aux têtes de sonde 102 à 104, au fuseau 109 et au multiplexeur de deuxième niveau 127, par l'intermédiaire d'un câble à plusieurs conducteurs 160. Le câble à plusieurs conducteurs 160 comporte des lignes d'alimentation classiques, une interface série comportant des lignes de données et d'horloge, et d'autres lignes. Dans le mode de réalisation préféré, les câbles coaxiaux 115 et les

fils 160 sont liés ensemble dans un câble unique.

Comme on peut le voir d'après la description

ci-dessus du système de sonde, il comporte des centaines de canaux qui sont empaquetés dans un dispositif, tel qu'une tête de sonde 103, qui peut être tenu dans une main. Manifestement, les canaux doivent être physiquement très proches les uns des autres. La figure 3 montre une partie d'une tête de sonde qui est d'un

demi pouce environ le long de la dimension horizontale.

Cette partie comporte environ 50 conducteurs 302, qui sont connectés à des puces de circuits intégrés telles que 202, l'ensemble de celles-ci se trouvant sur une carte de circuit imprimé 306. L'invention implique la conception et la structure physiques des conducteurs 302, de la carte de circuit 306 et des puces de circuit intégré qui permettent à un aussi grand nombre de canaux d'être empaquetés de façon aussi dense, tout en conservant en même temps la haute intégrité des signaux et la largeur de bande requis à des fins d'instrumentation.

2. Description détaillée

En passant maintenant à la figure 2, un schéma de circuit semi- synoptique d'une sonde 101 de PQFP de deux cent huit broches est représenté. La sonde 101 comporte une tête de sonde 103 et des câbles coaxiaux 115. La tête de sonde 103 comporte une mémoire 201, quatre puces de circuit intégré personnalisé 202 à 205, deux cent huit entrées de sonde 105, deux cent huit résistances d'entrée, telles que 209, huit résistances de sortie, telles que 210, des micro-bandes "coaxiales" de 50 ohms 214 et 215, et des résistances de terminaison

de micro-bandes 212 et 213.

La mémoire 201 est connectée à un circuit de commande d'étalonnage 122 (figure 1) par un câble constitué de fils 240, de préférence une connexion d'interface en série, situé dans le paquet de câbles 160. Une puce de circuit intégré 202 est connectée au programmeur de sélection de canal 121 par l'intermédiaire d'un câble 242, situé dans le paquet de câbles 160, qui est également de préférence une connexion d'interface en série. Chacune des puces 202 à 205 est connectée en série à la puce suivante par

l'intermédiaire d'un circuit de connexion tel que 243.

Cette connexion par l'intermédiaire de la ligne 242 et des connexions des circuits intégrés telles que 243, transfère les données séquentiellement par des verrous (non représentés) dans les CI, pour programmer lesquels des canaux de la sonde seront actifs, c'est-à-dire, quels canaux de sonde transmettent un signal à l'appareil d'essai 150. Chacune des entrées de sonde 105 est connectée à l'une des broches du CI 230, par une résistance 209. Chacune des puces de CI 202 à 205 comporte une sortie "A" et une sortie "B". Chacune des sorties "A" est connectée à la sortie de la tête de sonde 111, par une résistance 210, et par l'intermédiaire d'une ligne en bande 214. Chacune des sorties "B" est connectée à la sortie de la tête de sonde 112, par une résistance 211, et par l'intermédiaire d'une ligne en bande 215. Chaque ligne en bande 214, 215 est respectivement connectée à la masse par l'intermédiaire des résistances de terminaison

212, 213. I1 faut remarquer que dans cette description,

la masse est indiquée par un triangle, tel que 220.

Les résistances 209 sont chacune de préférence, des résistances de 150 ohms incorporées dans la carte de circuit imprimé 306 (figure 3) de la tête de sonde 103. Les résistances 210, 211, 212 et 213 sont de préférence de 50 ohms. Chacune des puces de CI 202 à 205 est identique, et est une puce de circuit intégré personnalisé, comme il va être décrit ci-dessous. En passant à la figure 3, une partie d'une tête de sonde 103 est représentée. Cette partie de la tête de sonde 103 a été fortement agrandie pour montrer les détails; la taille réelle de la partie représentée est d'environ trois huitièmes de pouce sur un demi pouce, bien que les diverses parties ne soient pas à l'échelle. La figure 3 montre une puce de circuit intégré 202 et une partie d'une autre, des conducteurs 302 et un élément de masse 304. Les conducteurs 302 sont connectés aux broches d'entrée 230 des puces 202, de préférence par des liaisons à fil 305. Les conducteurs 302 comportent des conducteurs d'entrée, tels que 308, qui connectent la puce 202 aux entrées 105, et des conducteurs intermédiaires 309, qui connectent la puce 202 avec l'élément de masse 304. Chaque conducteur d'entrée 308 comporte une borne 310, une résistance enterrée 209 et une partie de piste 312. La partie terminale 316 est connectée au réseau de fuseaux 520 (figure 5), au moyen d'un passage traversant métallisé 316. Les bornes 310 sont faites d'une paire de rangées décalées 312 et 322. L'élément de masse 304 est connecté au plan de masse inférieur 412 (figure 4), au moyen de passages traversants métallisés, tels que 326. Il existe suffisamment de passages 326 pour qu'un élément de masse 304 puisse être considéré comme étant une prolongation du plan de masse 412. Des espaces isolants, tels que 328, séparent les conducteurs d'entrée 308 et les conducteurs intermédiaires 309. Pour les conducteurs sélectionnés, tels que 338, des conducteurs d'entrée 308, les espaces 328 sont encerclés par des conducteurs, tels que 332, qui connectent ces certains conducteurs

d'entrée 338 à l'élément de masse 304. Nous verrons ci-

dessous comment ces conducteurs d'entrée 338 sont sélectionnés. Une coupe transversale de la tête de sonde 103, par la ligne 4-4 de la figure 4, est représentée sur la figure 4. La coupe transversale montre la carte

de circuit 306 et les pistes 312 formées sur la carte.

La carte de circuit 306 comporte un plan de masse supérieur 410, un plan de masse inférieur 412 et divers autres éléments conducteurs, tels que 430 et 434, qui sont séparés par des couches isolantes 420, 421, 422 et 427. Les conducteurs 214 et 215 acheminent les signaux de sortie. Les conducteurs 434 sont des lignes telles que 240 et 242 (figure 2), qui acheminent des signaux de données vers les puces 202, les lignes d'alimentation, etc. Les pistes 312 sont faites de préférence, de cuivre plaqué à l'or, ou d'autres matériaux de piste

convenables, et ont une largeur de 1 à 4 mils, c'est-à-

dire dans la direction horizontale sur la figure 4, et une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mils, c'est-à-dire dans la direction verticale sur la figure 4. De façon la plus préférée, les pistes 312 ont une largeur comprise

entre 1 et 3 mils, et une épaisseur de 1 mil environ.

La couche diélectrique 420 située entre les pistes 312 et le plan de masse 410 est de préférence, mince. Il a été découvert qu'il y avait ici un compromis: plus la couche diélectrique 420 est mince, plus le couplage entre les pistes diminue, mais plus la capacité d'entrée augmente. L'épaisseur est comprise de préférence, entre 4 mils et 6 mils. De façon la plus préférée, elle est de 5 mils d'épaisseur. La constante diélectrique du matériau 420 est faible, de préférence comprise entre 0, 5 et 5. De façon la plus préférée, elle est de 2,2. Le diélectrique 420 est de préférence du polytétrafluoroéthylène, et de façon la plus préférée le polytétrafluoroéthylène vendu sous la marque de fabrique DICLAD 880, parArlon Microwave Division, bien que d'autres matériaux avec les propriétés ci-dessus

puissent également être utilisées.

Les résistances enterrées 209 ont chacune de préférence une largeur de 13 mils sur une longueur de 20 mils, et sont faites de matériau de 100 ohms par carré d'une épaisseur de 5 micropouces, et sont de préférence de 150 ohms. L'utilisation de résistances enterrées permet à la résistance d'amortissement d'entrée d'être située très près de l'entrée, ce qui améliore sensiblement la réponse du circuit. Elle permet en même temps une densité élevée de résistances, la couche isolante 427 est formée, en fait, de plusieurs couches, mais les détails de ces couches ne sont pas représentés, car ces détails sont soit redondants, soit des détails déjà présentés, ou concernent des matériaux et des épaisseurs classiques. Les couches isolantes 421 et 422 sont faites de préférence, de FR4, qui est bien connu dans l'art des cartes de circuits imprimés, ou un autre

matériau classique pour cartes de circuits imprimés.

L'association de pistes minces 312, et d'une séparation mince, de faible constante diélectrique, entre les pistes 312 et le plan de masse 410, est critique pour assurer une haute intégrité des signaux et une sonde à large bande avec une densité de canaux élevée. L'association de pistes minces 302 et d'un matériau à diélectrique mince 420 est importante pour

diminuer le couplage entre les conducteurs par la masse.

La faible constante diélectrique entraîne une faible

capacité entre les conducteurs 302 et la masse 410.

Une caractéristique importante du circuit de la carte de circuit 306 est que chaque autre conducteur

302 est un conducteur intermédiaire connecté à la masse.

Ainsi, chaque conducteur d'entrée est séparé de chaque autre conducteur d'entrée par une masse. Cette caractéristique diminue fortement le couplage, et elle est également critique pour assurer une haute intégrité

des signaux et une grande largeur de bande.

La figure 5 représente une sonde de PQFP 101 et un PQFP 510. La carte de circuit 306 est enfermée dans le corps de sonde 515 et, comme indiqué ci-dessus, réalise un contact avec le réseau de fuseaux 520, au moyen de passages métallisés. Le réseau de fuseaux 520 forme les entrées 105 vers la sonde 101. Il est d'une

conception spéciale qui est décrite dans une description

de brevet distincte. Il est conçu pour réaliser un bon contact électrique entre les noeuds du circuit en cours d'essai, c'est-à-dire les broches 530, 538 du PQFP 510,

et les bornes 310 des conducteurs d'entrée 309.

Une caractéristique importante de la sonde 101 est qu'elle est conçue de façon que sa masse 304 et la masse 504 du circuit 510 en cours d'essai puissent être rendues aussi proches que possible. La masse 504 du PQFD 510 n'est représentée que de façon générale et en tirets sur la figure 5, car il s'agit habituellement d'un élément similaire à l'élément 304 de la figure 3, qui

est situé à l'intérieur de la structure du boîtier plat.

Les deux masses 304 et 504 sont rendues aussi proches que possible en maximisant le nombre de conducteurs de sonde 302 qui sont connectés à la fois à l'élément de masse de sonde 304 et à la masse 504 du circuit 510 destiné à être vérifié. Ceci est facilité en permettant à l'utilisateur de la sonde de définir les broches 538 du circuit 510, qui sont destinées à être reliées à la masse, puis en concevant la sonde de façon que tous les conducteurs d'entrée 309 de la sonde qui correspondent aux broches reliées à la masse 538 du circuit 510 en cours d'essai, soient connectées à l'élément de masse 304 de la sonde. C'est-à- dire que l'utilisateur, lorsqu'il commande un système de sonde 100, spécifie certaines caractéristiques désirées, telles que le nombre de têtes de sonde 102, 103, etc., le nombre d'entrées 105 désirées pour chaque tête de sonde, et le boîtier de circuit particulier avec lequel la tête de sonde doit s'accoupler, tel qu'un PQFP. Selon l'invention, l'utilisateur désigne également quelles broches sélectionnées 538 du boîtier 510 sont des masses. Les têtes de sonde 102, 103, etc., sont ensuite fabriquées comme décrit ci-dessus, ou bien des têtes de sonde fabriquées à l'avance sont extraites de l'inventaire. Des conducteurs sélectionnés, tels que 338, des conducteurs d'entrée 309 correspondent à une broche reliée à la masse 538; c'est-à-dire que les conducteurs sélectionnés 338 sont connectés à une broche reliée à la masse 538 au moyen de bornes, telles que 339, de passages tels que 340 et d'un réseau de fuseaux 520. Avant la livraison au client, les connexions électriques sont réalisées entre chacun des conducteurs d'entrée 338, qui correspond à une broche reliée à la masse 538, et l'élément de masse 304. La connexion électrique est effectuée de préférence en appliquant simplement une goutte de soudure entre la borne 339 du conducteur 338 et l'élément de masse 304, comme représenté en 332. Ainsi, le plan de masse 412 de la tête de sonde 103 est alors connecté à la masse du circuit 510 en cours d'essai. Plus il y a de conducteurs 309 connectés aux broches reliées à la masse 538 et à l'élément de masse 304, plus la résistance totale entre les masses du circuit 510 et la sonde 101 est faible, et plus les potentiels des masses sont proches. Grâce au procédé de fabrication de l'invention qui vient d'être décrit, le nombre de conducteurs d'entrée qui sont connectés aux masses de la tête de sonde 103 et du circuit 510, est maximisé. Ainsi, les distorsions du signal et les autres problèmes potentiels provoqués par

des masses inégales sont minimisés.

D'après ce qui précède on voit que dans les applications habituelles de l'invention, aussi bien les conducteurs intermédiaires 308 que les conducteurs sélectionnés 338 des conducteurs d'entrée sont connectés à l'élément de masse 304. Ceux des conducteurs d'entrée 309 qui ne sont pas connectés à la masse, mais qui sont plutôt connectés aux broches 530 du circuit en cours d'essai qui sont actives, c'est-à-dire qui acheminent un signal en un certain point du cycle du circuit 510, sont

appelés ici "conducteurs actifs".

La figure 7 est un schéma synoptique de circuit d'une puce de circuit intégré 202. La puce 202 comporte un multiplexeur-amplificateur 704 de canal "A" et un étage de sortie programmable 705, et un multiplexeur-amplificateur 706 de canal "B" et un étage de sortie programmable 707. Les canaux "A" et "B" sont identiques, et un seul d'entre eux sera donc décrit. Le

multiplexeur-amplificateur "A" 704 est un multiplexeur-

amplificateur 54:1, qui comporte trois multiplexeurs-

amplificateurs 18:1, 710, 711 et 712. Chacun de ces trois multiplexeurs-amplificateurs est également identique, et ainsi seul le multiplexeur-amplificateur

710 sera présenté en détail. Le multiplexeur-

amplificateur 710 peut être conçu comme un multiplexeur

18:1, 720, un amplificateur différentiel à contre-

réaction 722, et un circuit de compensation de câble 750, comprenant des résistances 753 et 755, et des

condensateurs 752 et 754. L'amplificateur à contre-

réaction 724 comporte un amplificateur programmable 725 et un circuit de contre-réaction et diviseur de tension

comprenant les résistances 726 et 728.

La puce de CI 202 comporte 54 entrées, bien

que seules neuf soient représentées par simplicité.

Chaque entrée est connectée à un diviseur d'entrée 1/20, tel que 762, et chaque diviseur d'entrée est connecté à une entrée du multiplexeuramplificateur "A" 704, et à une entrée du multiplexeur-amplificateur "B" 706. La sortie 770 du multiplexeur-amplificateur 704 est connectée à l'entrée de l'étage de sortie programmable 705, et la sortie 772 de l'étage de sortie programmable constitue la sortie du canal "A" de la puce. Un signal de données est délivré au premier multiplexeur 18:1, 720, sur la ligne 780 provenant du programmeur 121, s'il s'agit de la première puce, telle que 202, dans une tête de sonde, ou depuis le dernier verrou (non représenté) de la puce précédente, s'il ne s'agit pas de la première puce de la tête de sonde. Les données sont délivrées par le multiplexeur 720 par l'intermédiaire de la ligne 781 vers le multiplexeur suivant 721, puis sont délivrées au multiplexeur suivant du canal "A" par l'intermédiaire de la ligne 782, puis aux multiplexeurs du canal "B" sur la ligne 783, de là, à l'étage de sortie du canal "B" 707 par l'intermédiaire de la ligne 786, puis à l'étage de

sortie du canal "A" par l'intermédiaire de la ligne 787.

Cette puce de CI est décrite plus complètement dans la demande de Brevet U.S. No. de série (PDN 1094751), qui

est incorporée ici en référence.

La figure 6 représente un schéma de circuit détaillé du diviseur d'entrée 762. Une caractéristique importante de ce diviseur est qu'il se trouve sur la puce de CI 202, ce qui permet de tirer avantage des géométries du CI, qui autorisent un grand nombre de réseaux à haute impédance dans de petites surfaces, et d'obtenir toujours un faible couplage. Le diviseur d'entrée 762 comporte l'entrée 230, la ligne de masse GndF 612, la ligne de masse GndS 614, le condensateur de compensation 602 et les résistances 604, 606, 608 et 610. La masse GndS est la masse de "détection" ou masse classique du plot de liaison sur laquelle est situé le CI, et la masse GndF est une masse spéciale de retour de courant destinée à éliminer le courant à haute fréquence du plot. D'autres capacités qui ne sont pas des dispositifs réels situés à l'intérieur du réseau diviseur, mais qui doivent être prises en considération de façon que le diviseur fonctionne comme désiré, sont représentées sur la figure 6. Celles-ci comportent la capacité de plot 630, qui est la capacité nette de sortie du plot de liaison sur lequel la puce est située, la capacité d'amplificateur 640, qui est la capacité d'entrée du multiplexeur-amplificateur auquel la sortie 763 du diviseur d'entrée 202 est connectée, la capacité répartie 651, qui est la capacité répartie entre l'entrée 230 et la masse GNDF 612, et la capacité répartie 652, qui est la capacité répartie entre l'entrée 230 et la masse GndS 614. Les lignes allant vers les deux dernières capacités sont en pointillés

pour indiquer qu'il s'agit de capacités parasites.

Le réseau diviseur de tension d'entrée comprend les résistances 604, 606 et 608 en série entre l'entrée 230 et la sortie 763 du diviseur d'entrée 762, ainsi que la résistance 610 connectée entre la sortie 763 et la masse GndS 614. Le condensateur 602 est connecté en parallèle avec les résistances 604 et 606, entre l'entrée 230 et le noeud 603. Ce condensateur compense les capacités réparties 651 et 652 et la capacité d'amplificateur 640. La capacité du plot apparaît entre l'entrée 230 et la masse GndF 612, la capacité répartie 651 est indiquée entre le noeud 601 et la masse GndF 612, et la capacité répartie 652 est indiquée entre le noeud 603 et le noeud GndS 614. La capacité d'amplificateur apparaît entre la sortie 763 et

la masse GndS.

La capacité 602 est de préférence, de 70 femtofarads, et les résistances 604, 606, 608 et 610 sont respectivement de 7,6 kohms, 3,8 kohms, 7,6 kohms et 1 kohm. Dans le mode de réalisation préféré, la capacité du plot 630 est de 125 femtofarads, la capacité répartie 651 est de 20 femtofarads, la capacité répartie 652 est de 10 femtofarads et la capacité d'amplificateur

640 est de 120 femtofarads.

L'impédance d'entrée totale du circuit diviseur d'entrée 762 est la somme des quatre résistances 604, 606, 608 et 610, dont le total est de kohms. Une haute impédance d'entrée est importante dans une sonde analogique, car elle évite au circuit de

sonde d'interagir avec le circuit en cours d'essai.

Toutefois, le fait de rendre le rapport de division trop élevé pour obtenir une impédance d'entrée plus élevée, atténue le signal d'entrée jusqu'au point o le signal est trop petit pour assurer une bonne intégrité du signal. De plus, lorsqu'un aussi grand nombre d'entrées se trouvent dans une surface aussi petite, c'est-à-dire lorsque l'entrée est très dense, il est difficile de fournir une haute impédance d'entrée avec un faible couplage entre les canaux. Une caractéristique importante de cette invention est qu'elle associe une haute impédance d'entrée pour chacune parmi plus de cent

entrées, avec une haute intégrité de signal.

Il a été décrit une nouvelle sonde d'essai de signal analogique qui donne la possibilité de sélection de centaines de canaux de sonde, et fournit en même temps une intégrité de signal et une largeur de bande élevées, et qui a de nombreux autres avantages. Il est évident que maintenant que l'invention a été entièrement décrite, les experts de l'art peuvent maintenant réaliser de nombreuses utilisations et modifications du mode de réalisation spécifique décrit, sans s'écarter des concepts inventés. Maintenant qu'il est vu par exemple, quels sont les facteurs critiques pour concevoir une sonde de signal analogique avec des centaines de canaux et qui fournit en même temps la largeur de bande et l'intégrité de signal élevées requises pour de telles sondes, d'autres peuvent maintenant utiliser les enseignements pour concevoir et fabriquer de nombreuses variétés différentes de sondes analogiques. Des composants ou circuits équivalents peuvent aussi se substituer aux divers composants et circuits décrits. D'autres caractéristiques peuvent être ajoutées. Un plus ou moins grand nombre d'éléments peuvent être utilisés. En conséquence, l'invention est destinée à contenir chacune et toutes les nouvelles caractéristiques et nouvelles associations de caractéristiques présentes dans et/ou possédées par la

sonde d'essai décrite.

Claims (15)

REVENDICATIONS Ce qui est revendiqué est: 1. Une sonde de tension analogique comprenant: un circuit intégré ayant une pluralité d'entrées de circuit intégré, une sortie et un amplificateur analogique pouvant être connecté entre lesdites entrées et ladite sortie; une carte de circuit ayant une masse de sonde comportant un plan de masse; une pluralité de conducteurs d'entrée, une extrémité de chaque conducteur étant connectée à l'une desdites entrées de CI, et l'autre extrémité étant susceptible d'être connectée à un circuit en cours d'essai, chaque conducteur comprenant une piste sur ladite carte de circuit, chaque piste ayant une largeur comprise entre 0,5 mils et 5 mils; et ladite carte de circuit comportant en outre un matériau diélectrique entre ledit plan de masse et lesdites pistes, la constante diélectrique dudit matériau diélectrique étant de 5 ou moins.
1. 2. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, et comportant en outre une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant connecté entre deux conducteurs adjacents desdits conducteurs d'entrée, chacun desdits conducteurs intermédiaires étant connecté à ladite masse de la sonde, de façon que chacun desdits conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur intermédiaire relié

   à la masse.
2. 3. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, dans laquelle ladite constante

   diélectrique est de 2,2.
3. 54. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau

   diélectrique comprend du polytétrafluoroéthylène.
4. 5. Une sonde de tension analogique selon la revendication 4, dans laquelle ledit matériau

   diélectrique comprend du polytétrafluoroéthylène DICLAD.
5. 6. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau diélectrique est d'une épaisseur comprise entre 4 mils

   et 6 Mils.
6. 7. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, dans laquelle chacun desdits conducteurs d'entrée comprend en outre une résistance

   enterrée dans ladite carte de circuit.
7. 8. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, et comportant en outre une pluralité de réseaux diviseurs d'entrée sur la puce, chacun desdits réseaux étant connecté à l'un desdits conducteurs d'entrée. 9. Une sonde de tension analogique selon la revendication 1, dans laquelle les conducteurs sélectionnés desdits conducteurs d'entrée sont connectés

   à ladite masse de sonde.
8. 10. Une sonde de tension analogique comprenant: une pluralité d'entrées de sonde, une sortie, et un amplificateur analogique pouvant être connecté entre lesdites entrées et ladite sortie; une carte de circuit comportant une masse de sonde; une pluralité de conducteurs d'entrée connectés entre lesdites entrées et ledit amplificateur, chaque conducteur comprenant une piste sur ladite carte de circuit; et une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant situé entre deux conducteurs adjacents desdits conducteurs d'entrée, chacun desdits conducteurs intermédiaires étant connecté à ladite masse de la sonde, de façon que chacun desdits conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur intermédiaire relié

   à la masse.
9. 11. Une sonde de tension analogique selon la revendication 10, dans laquelle les conducteurs sélectionnés desdits conducteurs d'entrée sont connectés

   à ladite masse de sonde.
10. 12. Une sonde de tension analogique selon la revendication 10, dans laquelle ladite sonde comporte un circuit intégré, et ledit amplificateur analogique est

    situé dans ledit circuit intégré.
11. 13. Une sonde de tension analogique selon la revendication 10, dans laquelle ladite masse de la sonde comporte une masse de retour de courant pour supprimer le courant de haute fréquence provenant du circuit de la sonde. 14. Un procédé pour réaliser une sonde de tension du type pouvant être connecté à un circuit destiné à être vérifié, le circuit destiné à être vérifié ayant une masse de circuit et une pluralité de noeuds de circuit, ledit procédé comprenant les étapes de: fourniture d'une sonde de tension analogique comprenant une carte de circuit comportant une masse de sonde et une pluralité de conducteurs d'entrée, chacun desdits conducteurs d'entrée comprenant une piste sur ladite carte de circuit, et chacun parmi ladite pluralité de conducteurs d'entrée étant susceptible d'être connecté à un noeud spécifique desdits noeuds du circuit; et connexion à ladite masse de la sonde de chacun desdits conducteurs d'entrée correspondant aux noeuds

    sélectionnés desdits noeuds du circuit.
12. 15. Un procédé selon la revendication 14, dans lequel ladite étape de connexion comprend la sélection desquels desdits noeuds du circuit sont connectés à la masse du circuit, et la connexion de la masse de la sonde à chacun desdits conducteurs d'entrée correspondant auxdits noeuds sélectionnés destinés à être connectés à

    la masse du circuit.
13. 16. Un procédé selon la revendication 15, dans lequel ladite étape de connexion desdits conducteurs d'entrée à

    ladite masse du circuit comprend le soudage.
14. 17. Un procédé selon la revendication 15, dans lequel ladite étape de sélection est exécutée par l'utilisateur dudit circuit 18. Un procédé selon la revendication 15, dans lequel ladite étape de connexion comprend la maximisation du nombre desdits noeuds de circuit sélectionnés, et donc la maximisation du nombre de connexions entre ladite

    masse du circuit et ladite masse de la sonde.
15. 19. Un procédé selon la revendication 15, dans lequel ladite étape de fourniture comporte en outre la fourniture d'une pluralité de conducteurs intermédiaires, chaque conducteur intermédiaire étant situé entre deux conducteurs adjacents desdits conducteurs d'entrée, et l'étape de connexion comprenant en outre la connexion de chacun desdits conducteurs intermédiaires à ladite masse de la sonde, de façon que chacun desdits conducteurs d'entrée soit séparé des conducteurs d'entrée adjacents par un conducteur

    intermédiaire relié à la masse.