JP2006337361A - 信号プローブ及びプローブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】試験装置にターゲット信号の正確な表現を提供できるようにし、さらに、プローブがターゲット信号に著しい影響を与えないようにする。
【解決手段】プローブ（１０１）は、プローブコンタクト（１０４）と第１の凹部（１０６）とを有する第１のセクション（１０２）と、第２の凹部（１０７）を有する第２のセクション（１０３）と、第１の凹部（１０６）内に配置される第１の端部と第２の凹部（１０７）内に配置される第２の端部とを有する電気素子（１０５）とを備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は信号プローブ及びプローブアセンブリに関する。

高速デジタル回路及びシステムを評価及びデバッグするために、多くの場合に信号波形を測定し、表示する必要がある。多くの場合に、これらの測定は、ロジックアナライザ、オシロスコープ、又はスペクトルアナライザのような試験装置を用いて行われる。試験中の回路又はシステム（ターゲットと呼ばれる場合もある）からの信号の一部が、プローブを介して、試験装置に与えられる。

プローブを設計する際に考慮すべき重要な事柄がある。たとえば、プローブは試験装置にターゲット信号の正確な表現を提供することが望ましい。さらに、プローブがターゲット信号に著しい影響を与えないことが望ましい。

プローブ測定の精度は多数の要因によって影響を及ぼされる。１つの要因はプローブの誘導性負荷である。インダクタンスは信号周波数とともに増加するので、高い周波数では、プローブはハイインピーダンスを有することができる。高いプローブインピーダンスは、ターゲット伝送線路に沿って伝送されている信号（ターゲット信号）への影響を最小限に抑えるため、信号を損失することはほとんどない（non-intrusive）が、信頼性のある解析を行うだけの十分な信号電力が、ターゲットから試験装置に供給されない可能性がある。

プローブ測定の精度に影響を及ぼす可能性がある別の要因は、プローブによる容量性負荷である。プローブによるターゲット信号への容量性負荷は、ターゲット信号の劣化を引き起こす可能性がある。たとえば、容量性負荷は、ターゲット信号の立ち上がり時間、立ち下がり時間を長くし、帯域幅を狭くする可能性がある。したがって、測定される信号が、ターゲット信号を正確に表現していない場合もある。

少なくとも上記の短所を克服する信号プローブ及びプローブアセンブリが必要とされている。

本発明に係るプローブは、プローブコンタクトと第１の凹部とを有する第１のセクションと、第２の凹部を有する第２のセクションと、前記第１の凹部内に配置される第１の端部と、前記第２の凹部内に配置される第２の端部とを有する電気素子と、を備える。

また、本発明に係るプローブアセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有する基板と、前記第１の端部に接続される複数の伝送線路と、第１の複数のプローブと、前記第２の端部に接続される第２の複数のプローブと、を備え、この第２の複数のプローブがそれぞれ、第１の凹部及びプローブコンタクトを有する第１のセクションと、第２の凹部を有する第２のセクションと、前記第１の凹部内に配置される第１の端部と、前記第２の凹部内に配置される第２の端部とを有し、前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に固定される電気素子とを備える。

また、本発明に係るプローブの別の態様では、プローブは、プローブコンタクトを有する第１のセクションと、第２のセクションと、前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に配置される電気素子と、前記電気素子、前記第１のセクションの少なくとも一部、及び前記第２のセクションの少なくとも一部を覆うように配置される鞘と、を備える。

添付の図面と合わせて、以下に記載される詳細な説明を読むときに、例示的な実施形態が最もよく理解されるであろう。種々の特徴部が必ずしも縮尺どおりに描かれていないことは強調しておきたい。実際には、説明を明確にするために、寸法が恣意的に拡大又は縮小される場合がある。適用可能である限り、且つ実際に説明する上で役に立つ限りにおいて、類似の参照番号は類似の構成要素を指している。

以下に記載される詳細な説明では、本教示による一実施形態を完全に理解してもらうために、説明のためであって、限定のためではない、具体的な細部を開示する例示的な実施形態が述べられる。しかしながら、本明細書に開示される具体的な細部から逸脱する、本教示による他の実施形態が添付の特許請求の範囲内にあることは、本開示の助けを借りれば当業者には明らかであろう。さらに、周知の装置及び方法の説明は、例示的な実施形態の説明を不明瞭にしないために省略される場合もある。そのような方法及び装置は明らかに本教示の範囲内にある。

図１Ａは、１つの例示的な実施形態によるプローブ１０１の側面図である。そのプローブは、第１のセクション１０２と、第２のセクション１０３とを備える。第１のセクション１０２はプローブ先端１０４を含み、そのプローブ先端は、ターゲット伝送線路、回路トレース、バスライン、又はターゲット上の他の適当な構成要素に係合するように構成される。１つの具体的に実施形態では、プローブ先端１０４は王冠の形状をなし、それによりターゲットに確実に接続するのを助ける。

第２のセクション１０３は、バレル１０９と、プランジャ１１０とを備える。バレル１０９は、ばねのような、バレル１０９が図示されるｘ方向に押されるときに圧縮され、それによりプローブコンタクト１０４がターゲットに係合できるようにする弾性部材（図示せず）を含む。第１のセクション１０２は第１の凹部１０６を含み、第２のセクション１０３は第２の凹部１０７を含む。１つの具体的な実施形態では、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７は、既知の技術によって、第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３内にそれぞれバックドリル加工される。一例として、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７は概ね円筒形であるが、他の凹部形状であってもよい。

プローブ１０１は電気素子１０５も含み、その電気素子の第１の端部は第１の凹部１０６内に配置され、第２の端部は第２の凹部１０７内に配置され、露出した部分が第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間にある。第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３の向かい合った端部間の隙間は、電気素子１０５の露出した部分の長さに等しく、比較的小さい。１つの具体的な実施形態では、その隙間は約０．００５０インチ（０．１２７００ｍｍ）である。

電気素子１０５はプローブ１０４の先端から或る距離１０８を置いて配設される。この距離１０８はスタブ長と呼ばれ、ターゲットと電気素子１０５との間のプローブ１０１の部分はスタブと呼ばれる。

１つの例示的な実施形態では、電気素子１０５は抵抗器である。本明細書において詳述されるように、抵抗器１０５には、比較的高い周波数の電気ターゲット信号をプローブ検査する際に有用な減衰抵抗器を用いることができる。

別の例示的な実施形態では、電気素子１０５は、抵抗器及びコンデンサからなる並列回路（並列ＲＣ回路）である。並列ＲＣ回路は種々のプローブ検査の応用形態において有用である。たとえば、ハイインピーダンスの汎用のプローブでは、抵抗は比較的高く（たとえば約２０．０ｋΩ又はそれ以上）、それはＤＣ負荷の場合に望ましい。しかしながら、この大きさの抵抗は、高周波数のプローブ検査の場合には高すぎる。具体的には、プローブへの信号の振幅があまりにも小さいので、役に立たない。それゆえ、コンデンサが抵抗器と並列に配置される。高い周波数では、並列ＲＣインピーダンスは実効的には、高い周波数において相対的に小さくなるコンデンサのインピーダンスである。そのプローブから抽出される高周波数の信号は、測定解析のための十分な振幅を有し、雑音の影響を受けにくく、しかもより広い帯域幅を有する。したがって、低周波数のプローブ検査の応用形態では、抵抗が支配的であり、所望のＤＣ負荷を与えるのに対して、高周波数のプローブ検査の応用形態では、キャパシタンスが支配的である。

以下の説明では、電気素子１０５は抵抗器であるので、抵抗器と呼ばれる。これは単なる例示であること、そして、説明されるＲＣ回路、並びに受動素子及び能動素子を含む他の電気素子が、電気素子１０５としてプローブ１０１に組み込まれる場合もあることを強調しておきたい。

本明細書において詳述されるように、プローブ１０１によるターゲットの伝送線路の寄生負荷は、抵抗器１０５とターゲットとの間のプローブ１０１のスタブに起因する。詳細には、抵抗器１０５のインピーダンスは、ターゲットの伝送線路（複数の場合もあり）の特性インピーダンス（Ｚ₀）よりも著しく高くなるように選択される。抵抗器１０５（減衰抵抗器とも呼ばれる）のインピーダンスがＺ₀よりも著しく高くなるように選択することにより、プローブのインピーダンスは実効的に、抵抗器１０５のインピーダンスと、抵抗器１０５とターゲットとの間のスタブの寄生負荷とを組み合わせたものに等しくなる。

プローブ１０１のスタブの寄生負荷を低減することにより、プローブ１０１の周波数応答が、既知のプローブと比較して大幅に改善される。例示的な実施形態では、スタブの寄生負荷は、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に抵抗器１０５の両端を固定することによって、相対的にプローブ先端１０４の近くに抵抗器１０５を配置することにより低減される。これはスタブ長１０８を短縮し、それゆえスタブの寄生キャパシタンス及び寄生インダクタンス（寄生負荷）を低減する。

図１Ｂは、プローブ１０１の部分組立分解図である。１つの具体的な実施形態では、プローブ１０１は約０．０２０００インチ（０．５０８００ｍｍ）の外径を有し、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７は約０．０１６８８インチ（０．４２８７ｍｍ）の直径／幅を有する。別の具体的な実施形態では、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７の直径／幅は約０．０１４００インチ（０．３５５６ｍｍ）である。

第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７の直径／幅は、電気素子１０５と、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７の内壁との間の締り嵌めをもたらすように選択することができる。一例として、抵抗器１０５の寸法は、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７の内壁と抵抗器１０５との間の隙間が概ね０．００１０インチ（０．０２５４ｍｍ）程度になるように選択される。抵抗器１０５が凹部１０６、１０７に比較的きつく嵌め込まれることにより、プローブ１０１に適当な強度が与えられ、その一体性が強化される。

適当な電気的及び磁気的特性を有し、耐久性のあるプローブを提供するために、本実施形態のプローブの第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３並びにその構成要素は、ニッケル及び金からなる一連の層でめっきされた、ベリリウム及び銅の合金から形成される。ニッケル及び金の典型的な厚みは、それぞれ約０．００００５０インチ（０．０００１２７ｍｍ）及び約０．００００１０インチ（０．０００２５４ｍｍ）である。

ベリリウム−銅材料は製造／機械加工しやすくするために選択されており、特に本実施形態の比較的小さな寸法を与える。さらに、ベリリウム−銅材料は、長期にわたって使用する際の耐久性を得るために選択される。ニッケルめっきは、特に比較的高いターゲット信号周波数において、プローブの磁性、それゆえ誘導性を低減する。最後に、金層は不活性及び導電性を得るために配設される。

図１Ｃは、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に固定される抵抗器１０５を示す、プローブ１０１の一部の拡大図である。本実施形態では、抵抗器１０５の各端部がそれぞれ第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内にはんだ付けされ、そのはんだ接合部は凹部の底面及び側面に沿っている。はんだ付けは、種々の既知のはんだ材料及び手法を用いて実行することができる。一般に、はんだは溶融温度及び強度のゆえに選択される。１つの具体的な実施形態では、はんだは６５Ｓｎ−２５Ａｇ−１０Ｓｂの合金である。はんだ以外の、接着性のある導電性材料を使用できることにも留意されたい。たとえば、種々の導電性エポキシを用いて、抵抗器１０５を固定することもできる。

はんだ（及び他の材料）は、プローブ１０１に対する抵抗器１０５の必要なオーム接触を与える。さらに、はんだ及び他の材料は、凹部１０６、１０７内に抵抗器１０５を適当に固定し、第１のセクション１０２、抵抗器１０５及び第２のセクション１０３の互いへの接続を強化する。これは、繰返し使用している間にプローブ１０１の一体性を保持するのに有益である。

図２Ａ及び図２Ｂは、別の例示的な実施形態によるプローブ２０１を示す。プローブ２０１は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して説明されたプローブ１０１と共通の数多くの特徴及び寸法を有する。例示的な本実施形態の説明を不明瞭にするのを避けるために、これらの特徴及び寸法の細部の重複する部分は先に述べられたとおりである。

プローブ２０１は、第１のセクション１０２と、第２のセクション１０３と、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に配置される抵抗器１０５とを備える。抵抗器１０５は、先に説明されたような、接着性のある導電性材料を用いて、それらの凹部内に固定される。さらに、第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間の抵抗器１０５の周囲に封入材２０２が配置される。封入材２０２は、図に示されるように、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７の中まで延在することもできる。

１つの具体的な実施形態では、封入材２０２は、凹部１０６、１０７内の抵抗器１０５の固着を補強し、且つプローブ２０１の一体性を改善するために選択されるエポキシ材料である。一例として、そのエポキシ材料は、約５．０未満の誘電率を有する。さらに、封入材２０２は、電気素子／プローブ先端アセンブリに対して約５００ｇよりも高い剪断強度を与える弾性率及び接着強度を有する。

封入材２０２は、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内を自由に流動するような粘度を有することが好都合である。製造中に、封入材２０２は第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に、且つ電気素子１０５の周囲に被着される。先に言及されたように、第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３の向かい合った端部は互いに接近している。第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３の向かい合った端部が互いに接近しているので、向かい合った端部間で、封入材２０２の毛管作用が生じる。この毛管作用及び封入材２０２の表面張力の結果として、プローブ１０１の第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間の隙間が埋められるようになり、余分な封入材をその隙間に入れる必要はない。その場合に、抵抗器１０５並びに第１及び第２のセクション１０２、１０３の周囲に余分な封入材が凝集するのが概ね避けられる。したがって、封入材２０２は、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に、且つ第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間の隙間に配設され、プローブ１０１に対して必要な強度を与える。しかしながら、表面張力によって、余分な封入材が被着されることは概ね避けられる。結果として、封入材２０２によってプローブ１０１の直径が大幅に大きくなることはないので、その封入材を用いても、マルチプローブアセンブリ内の隣接するプローブのピッチが増すほどにはならない。

図１Ａ及び図１Ｂの例示的な実施形態の場合と同様に、例示的な本実施形態の抵抗器１０５はプローブ先端１０４の比較的近くに配置される。プローブ先端１０４の比較的近くに抵抗器を配置することにより、プローブ２０１の寄生キャパシタンス及び寄生インダクタンスが低減される。プローブ２０１の寄生キャパシタンス及び寄生インダクタンスを低減することにより、プローブ２０１の周波数応答が、既知のプローブに比べて著しく改善される。

図３Ａ及び図３Ｂは、１つの例示的な実施形態による、鞘を含むプローブ３０１を示す。プローブ３０１は、図１Ａ〜図２Ｂに関連して説明されたプローブ１０１、２０１と共通の数多くの特徴及び寸法を有する。例示的な本実施形態の説明を不明瞭にするのを避けるために、これらの特徴及び寸法の細部の重複する部分は先に述べられたとおりである。

プローブ３０１は、第１のセクション１０２と、第２のセクション１０３と、第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間に配置される抵抗器１０５とを備える。抵抗器１０５は、先に説明されたように、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に固定することができる。別法では、凹部１０６、１０７は省かれ、抵抗器１０５は、第１のセクション１０２の端部３０３及び第２のセクション１０３の端部３０４との間に配置される。

抵抗器１０５は、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７内に、又は第１のセクション１０２と第２のセクション１０３との間に、はんだのような、接着性のある導電性材料を用いて固定することができる。その後、エポキシのような適当な接着剤（図示せず）が、第１のセクション１０２の一部、第２のセクション１０３の一部、及び抵抗器１０５の露出した部分に塗布される。

接着剤が塗布された後に、鞘３０２が抵抗器１０５、第１のセクション１０２の少なくとも一部及び第２のセクション１０３の少なくとも一部の上を覆うように配置される。一例として、鞘３０２は熱硬化性樹脂材料から形成される。１つの具体的な実施形態では、その熱硬化性樹脂はSolvay Corporation（Brussels、Belgium）から市販されるトーロン（登録商標）ポリアミドイミドである。鞘３０２が熱硬化性樹脂を含む実施形態では、第１及び第２のセクション１０２、１０３並びに抵抗器１０５上に配置された後に、鞘３０２は、その硬化を引き起こすために必要とされる熱を加えることにより硬化する。このように硬化する結果として、抵抗器１０５並びに第１のセクション１０２の一部及び第２のセクション１０３の一部の周囲にある鞘３０２が収縮する。

先に言及されたように、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７はプローブ３０１においてはオプションである。第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７を設けるために、第１のセクション１０２及び第２のセクション１０３の向かい合う端部３０３及び３０４がそれぞれ、プランジャ１１０及びプローブ先端１０４よりも大きな直径を有することもある。プローブ１０１の直径は、本明細書に記載される１つの例示的な実施形態のプローブアセンブリのようなプローブアセンブリ内のプローブのピッチ又は間隔に影響を及ぼす。その場合に、鞘３０２が加わる結果として、指定されたピッチに対して許容できない直径になる可能性がある。たとえば、１つのプローブアセンブリの仕様では、０．０３９３７インチ（１．００００ｍｍ）のプローブピッチが要求される。第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７を用いる場合、これは、約０．０１６００インチ（０．４０６４０ｍｍ）以下の最大プローブ直径を要求する。しかしながら、第１及び第２のセクション１０２、１０３内に凹部を有するプローブ３０１を覆うように鞘３０２を配設する結果として、プローブ直径は要求されるピッチの限度を超えるであろう。したがって、隣接するプローブのピッチがプローブアセンブリの指定されるピッチ内にあるほどプローブの直径を十分に小さくするために、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０７は省いても構わない。

プローブ３０１は、既知のプローブよりも、プローブ先端１０４に近い場所に抵抗器１０５を設けることが好都合である。これにより、プローブ３０１の誘導性及び容量性負荷が低減される。さらに、鞘３０２は、プローブ構造に強度及び剛性を与え、プローブを丈夫にする。最後に、鞘を用いることにより、第１及び第２のプローブセクション内に凹部１０６、１０７を機械加工する必要がなくなる。

図４Ａ及び図４Ｂは、１つの例示的な実施形態によるプローブアセンブリ４０１を示す。一例として、プローブアセンブリ４０１は、先に説明された複数のプローブ１０１を含む。プローブ１０１に加えて、又はその代わりに、プローブアセンブリ４０１において、プローブ２０１及び３０１を用いることもできる。

プローブアセンブリ４０１は伝送線路４０３のリボン４０２を含み、一方のリボンは基板４０５の上側４０４上に配置され、他方のリボンは基板４０５の下側４０６上に配置される。具体的な実施形態では、上側４０４上のプローブ１０１は下側４０６上のプローブ１０１から、約０．０７５０インチ（１．９０５０ｍｍ）〜約０．０３９３７インチ（１．００００ｍｍ）だけ分離される。本実施形態では、伝送線路４０３は同軸伝送線路である。限定はしないが、プリント回路基板（ＰＣＢ）伝送線路及び２芯同軸（ｔｗｉｎ−ａｘ）ケーブル伝送線路を含む、他のタイプの信号伝送線路を用いることもできる。

各伝送線路４０３は信号線４０７及びグランド導体４０８を含む。信号線４０７及びグランド導体４０８は、基板４０５の第１の端部４０９において、上側４０４及び下側４０６のインピーダンス整合した伝送線路（図示せず）に接続される。基板４０５の伝送線路は、基板４０５の第２の端部４１０において、上側４０４及び下側４０６上に配置される個々のプローブ１０１に接続される。プローブ１０１からの信号は、基板の伝送線路にわたって伝送線路４０３まで伝送され、伝送線路４０３は、ロジックアナライザ、又はスペクトルアナライザ、又はオシロスコープのような試験装置（図示せず）に接続される。

複数のプローブ１０１は、ターゲット（図示せず）に接続される。その接続は、ターゲット上の回路基板（ターゲット基板と呼ばれる）への接続であってもよい。ターゲット基板への接続は、Holcombe他への米国特許第６，８２２，４６６号に記載される位置合わせ及び保持デバイスを用いて実行することができ、その開示は参照により本明細書に具体的に援用される。一般に、ターゲットには、電気的に接続されるように構成される電気部品（多くの場合に、端子接続用パッドと呼ばれる）を用いることができる。そのようなターゲットは、限定はしないが、フレキシブル電気回路及びセラミック回路基板を含む。

ターゲット基板に接続された後に、ｘ方向において基板４０５に力を加えて、バレル１０９とプローブ１０１のばねとを係合させる結果として、プローブ１０１がターゲット信号伝送線路に係合するようになる。

図４Ｂは、プローブアセンブリの一部を示す。ターゲットをプローブ検査するために割り当てられた空間を効率的に利用し、且つターゲット上の伝送線路に対して必要な接続を行うために、プローブ１０１は互いに極めて近接して配置される。１つの具体的な実施形態では、１つのプローブ１０１の中心から次のプローブ１０１の中心までの間隔４１０（ピッチとしても知られている）は、約０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）〜約０．０４０インチ（１．０１６ｍｍ）の範囲内にある。さらに、そして詳細には、比較的高い周波数／伝送速度において信号をプローブ検査するとき、１つの信号を隣接する信号から分離するために、多くの場合に、プローブ１０１’のうちのいくつかをグランドに接続する必要がある。１つの具体的な実施形態では、プローブ１０１は基板４０５の信号伝送線路に接続され、交互に配置されるプローブ１０１’は基板４０５のグランド接続に接続される。例示であって、必ずしもそうではないが、グランドに接続されるプローブ１０１’は抵抗器１０５を含まない。

先に説明されたように、ターゲット信号が伝送線路（複数の場合もあり）に沿って伝送されるときに、ターゲット信号の特性に著しい影響を及ぼさないようにしながら、プローブ１０１を当ててターゲット信号の一部を抽出することが有益である。プローブ検査中にプローブ１０１及びプローブアセンブリ４０１がターゲットの信号の完全な状態に影響を及ぼすのを最小限に抑えるために、ターゲットと伝送線路４０４との間に減衰抵抗器（すなわち抵抗器１０５）が配置される。この減衰抵抗器は、ターゲット伝送線路の特性インピーダンスＺ₀よりも著しく大きな抵抗を有する。したがって、減衰抵抗器によって、ターゲット伝送線路内の信号の反射及び他の望ましくない作用が緩和される。しかしながら、減衰抵抗器のインピーダンスが大きくなると、測定及び解析するためにプローブ１０１によって抽出される信号の振幅が小さくなる。したがって、減衰抵抗器のインピーダンスをプローブの伝送線路の特定のインピーダンスよりも著しく大きくして、ターゲット信号へのプローブの影響を可能な限り最小限に抑えなければならないが、信号のサンプリングが不十分になるほど大きくしてはならない。一例として、減衰抵抗器は、特性インピーダンスの約４倍のインピーダンスを有し、十分な信号をサンプリングすることと、ターゲット信号を完全な状態に保持することとの間の適度なバランスを達成することができる。例示のために、１つの具体的な実施形態では、ターゲットの伝送線路は約５０Ωの特性インピーダンスを有し、抵抗器１０５は約２００Ωの抵抗を有する。

図５は、ターゲット伝送線路５０１と、例示として試験装置（図示せず）に接続される伝送線路５０２との間にあるプローブ１０１、２０１、３０１の等価回路５００を示す。その等価回路は、スタブの寄生インダクタンス５０４と並列に、スタブの寄生キャパシタンス５０３を含む。寄生インダクタンス５０４は減衰抵抗器１０５に直列に接続され、減衰抵抗器１０５は伝送線路５０２に接続される。寄生キャパシタンス５０３及び寄生インダクタンス５０４は、抵抗器１０５と、ターゲット伝送線路５０１との間のスタブの寄生負荷を表す。

スタブによる寄生負荷は、ターゲット信号に悪影響を及ぼす可能性がある。たとえば、ターゲット伝送線路に沿って伝送されているターゲット信号が、寄生負荷に起因して、スタブにおいて反射することにより、ターゲット信号の品質に悪影響が及ぼされる。さらに、ターゲット信号の帯域幅は、（寄生）キャパシタンス５０３に反比例する。したがって、寄生キャパシタンス５０３は、多くの場合に、容量性のロールオフと呼ばれる現象によって、帯域幅を制限する可能性がある。

またスタブによる寄生負荷は、プローブの機能にも影響を及ぼす。等価回路５００では、寄生キャパシタンス５０３は、寄生インダクタンス５０４及び減衰抵抗器１０５の直列接続に対して並列に接続される。インピーダンスは、キャパシタンス、及び信号の周波数に反比例する。周波数が高くなると、寄生キャパシタンス５０３のインピーダンスは相対的に小さくなる。こうして、寄生キャパシタンス５０３が大きくなると、グランドに伝送される信号電力の量が増える。これにより、伝送線路５０２への信号電力が低減されるので、試験装置によって行われる測定が最適ではなくなる。さらに、インピーダンスはインダクタンス及び周波数に比例する。こうして、周波数が高くなると、寄生インダクタンス５０４がプローブインピーダンスに大きく寄与するようになり、伝送線路５０２への信号が低減される。したがって、ターゲットと基板の伝送線路との間の寄生キャパシタンス５０３及び寄生インダクタンス５０４を可能な限り低減することが有益である。

例示的な実施形態では、スタブの寄生キャパシタンス５０３及び寄生インダクタンス５０４はスタブ長（距離１０８）を短縮することによって、既知のプローブに比べて大幅に低減される。詳細には、プローブ１０１、２０１、３０１のスタブ長は、先に詳述されたように、抵抗器１０５をプローブ先端１０４に近づけて配置することによって短縮される。１つの具体的な実施形態では、プローブ先端１０４からプローブ１０１、２０１、３０１の第１の凹部１０６内にある抵抗器１０５の端部までの距離１０８は、約０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）〜約０．０４０インチ（１．０１６ｍｍ）の範囲内にある。別の具体的な実施形態では、プローブ３０１は、第１の凹部１０６又は第２の凹部１０７を含まない。この実施形態でも、プローブ先端１０４から抵抗器１０５までの距離は約０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）〜約０．０４０インチ（１．０１６ｍｍ）の範囲内にある。

スタブ長１０８を短縮することにより、寄生インダクタンス５０４は概ね無限に大きくなり、寄生キャパシタンス５０３は、約ＤＣ（０Ｈｚ）から約１０．０ＧＨｚまでの周波数範囲にわたって、約１．０フェムトファラド（ｆＦ）〜約４５０．０ｆＦである。１つの具体的な実施形態では、寄生キャパシタンス５０３は、約１．０ＧＨｚから約１０．０ＧＨｚの周波数範囲にわたって、約２０．０ｆＦ〜約２８０．０ｆＦである。

図６は、ターゲット伝送線路に沿って伝送されるターゲット信号の伝送係数（Ｓ２１）対周波数を表すグラフであり、その伝送線路には１つのプローブが接続される。プローブが接続されていないときには、全ての周波数においてＳ２１パラメータは理想的には０ｄＢであることに留意されたい。曲線６０１は、先に説明された例示的な実施形態によるプローブのためのＳ２１パラメータを表す。曲線６０１のＳ２１は概ね８．０ＧＨｚまで約−１．０ｄＢのままである。約８．０ＧＨｚから約１０．０ＧＨｚまでに、曲線６０１のＳ２１パラメータは約−３．０ｄＢまで減少し、プローブへの信号にわずかに損失があることを表す。

曲線６０２は、ターゲット伝送線路に既知のプローブが接続される場合のＳ２１パラメータを表す。Ｓ２１パラメータは約５．０ＧＨｚまで概ね一定のままであり、約９．３ＧＨｚにおいて約−８．０ｄＢまで減少する。この減少は、周波数が高くなると、寄生キャパシタンス５０３が、グランドに対して相対的に低いインピーダンスを与えるようになるためである。先に説明されたように、これは、ターゲット伝送線路内の信号の電力を低減し、プローブによって抽出された試験装置までの信号を低減する。約９．５ＧＨｚでは、寄生インダクタンス５０４が支配的になり始め、結果としてターゲット伝送線路内の信号損失は小さくなるが、試験装置では信号を感知できない。

曲線６０１のＳ２１パラメータは、ターゲット伝送線路に著しい影響を及ぼすことなく、相対的に広い周波数範囲にわたって、試験装置に概ね一定の信号電力／振幅を都合よく与えることが明らかである。

図７Ａ〜図７Ｅは、ターゲット伝送線路に沿って伝送されている試験信号のための電圧対時間のグラフである。

図７Ａは３．０ＧＨｚの周波数を有する信号の立ち上がり時間を示す。曲線７０１はターゲット伝送線路にプローブが接続されない場合の信号であり、比較のための基準を与える。曲線７０２は、例示的な実施形態のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０３は、既知のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０２及び７０３は、信号の立ち上がり／立ち下がり時間への寄生キャパシタンスの影響を示す。例示的な実施形態のプローブは約２８０ｆＦの寄生キャパシタンスを与えるのに対して、既知のプローブは約４５０ｆＦの寄生キャパシタンスを与える。

図７Ｂは、４．０ＧＨｚの周波数を有する信号の立ち上がり時間を示す。曲線７０４はターゲット伝送線路にプローブが接続されない場合の信号であり、比較のための基準を与える。曲線７０５は、例示的な実施形態のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０６は、既知のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０５及び７０６は、信号の立ち上がり／立ち下がり時間への寄生キャパシタンスの影響を示す。例示的な実施形態のプローブは約２８０ｆＦの寄生キャパシタンスを与えるのに対して、既知のプローブは約７００ｆＦの寄生キャパシタンスを与える。

図７Ｃは、５．０ＧＨｚの周波数を有する信号の立ち上がり時間を示す。曲線７０７はターゲット伝送線路にプローブが接続されない場合の信号であり、比較のための基準を与える。曲線７０８は、例示的な実施形態のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０９は、既知のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７０８及び７０９は、信号の立ち上がり／立ち下がり時間への寄生キャパシタンスの影響を示す。例示的な実施形態のプローブは約２８０ｆＦの寄生キャパシタンスを与えるのに対して、既知のプローブは約９００ｆＦの寄生キャパシタンスを与える。

図７Ｄは、６．０ＧＨｚの周波数を有する信号の立ち上がり時間を示す。曲線７１０はターゲット伝送線路にプローブが接続されない場合の信号であり、比較のための基準を与える。曲線７１１は、例示的な実施形態のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７１２は、既知のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７１１及び７１２は、信号の立ち上がり／立ち下がり時間への寄生キャパシタンスの影響を示す。例示的な実施形態のプローブは約２８０ｆＦの寄生キャパシタンスを与えるのに対して、既知のプローブは約１０００ｆＦの寄生キャパシタンスを与える。

図７Ｅは、１０．０ＧＨｚの周波数を有する信号の立ち上がり時間を示す。曲線７１３はターゲット伝送線路にプローブが接続されない場合の信号であり、比較のための基準を与える。曲線７１４は、例示的な実施形態のプローブがターゲット伝送線路に接続される場合の信号である。曲線７１４は、信号の立ち上がり／立ち下がり時間への寄生キャパシタンスの影響を示す。例示的な実施形態のプローブは約２８０ｆＦの寄生キャパシタンスを与える。

図７Ａ〜図７Ｅは、ターゲット伝送線路に沿って伝送される信号への例示的なプローブによる影響が最小限であることを示す。詳細には、その寄生キャパシタンスは信号の立ち上がり／立ち下がり時間に多少の影響は及ぼすが、既知のプローブに比べて、その影響は著しく小さい。さらに、例示的な実施形態のプローブのスタブの寄生キャパシタンスは、相対的に広い波長範囲にわたって概ね一定である。これは、さらに信頼性の高い試験結果をもたらす。対照的に、既知のプローブの寄生キャパシタンスは、周波数とともに著しく増加する。

説明された例示的な実施形態によれば、プローブ及びプローブアセンブリ試験デバイスは、寄生負荷を改善して、試験装置に信号を与えるように構成される。本教示による数多くの変形形態が実現可能であり、それらの変形形態も添付の特許請求の範囲内にあることは当業者には理解されよう。これらの変形形態及び他の変形形態は、ここで開示される明細書、図面及び特許請求の範囲を精査した後に、当業者には明らかになるであろう。それゆえ、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内を除いて、制限されるべきではない。

１つの例示的な実施形態によるプローブの側面図である。 図１Ａのプローブの一部の部分組立分解図である。 図１Ａのプローブの一部の拡大図である。 １つの例示的な実施形態によるプローブの斜視図である。 図２Ａのプローブの一部の拡大図である。 １つの例示的な実施形態によるプローブの側面図である。 図３Ａのプローブの部分組立分解図である。 １つの例示的な実施形態によるプローブアセンブリの斜視図である。 図４Ａのプローブアセンブリの一部の拡大図である。 １つの例示的な実施形態によるプローブの等価回路図である。 １つの例示的な実施形態によるプローブ、及び既知のプローブのための伝送係数対周波数を表すグラフである。 既知のプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプル、及び例示的な実施形態によるプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプルの振幅対時間を表すグラフである。 既知のプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプル、及び例示的な実施形態によるプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプルの振幅対時間を表すグラフである。 既知のプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプル、及び例示的な実施形態によるプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプルの振幅対時間を表すグラフである。 既知のプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプル、及び例示的な実施形態によるプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプルの振幅対時間を表すグラフである。 既知のプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプル、及び例示的な実施形態によるプローブを用いて収集されたターゲット信号のサンプルの振幅対時間を表すグラフである。

符号の説明

１０１ プローブ
１０２ 第１のセクション
１０４ プローブコンタクト
１０５ 電気素子
１０６ 第１の凹部
１０７ 第２の凹部
２０１ プローブ
２０２ 封入材
３０１ プローブ
３０２ 鞘
４０１ プローブアセンブリ
４０９ 第１の端部
４１０ 第２の端部

Claims (10)

1. プローブコンタクトと第１の凹部とを有する第１のセクションと、
   第２の凹部を有する第２のセクションと、
   前記第１の凹部内に配置される第１の端部と前記第２の凹部内に配置される第２の端部とを有する電気素子と、
   を備えることを特徴とするプローブ。
2. 前記電気素子が抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 前記電気素子が抵抗器及びコンデンサからなる並列回路であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
4. 封入材をさらに備え、この封入材が前記電気素子を概ね包囲することを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
5. 前記電気素子、前記第１のセクションの少なくとも一部、及び前記第２のセクションの少なくとも一部の周囲に配置される鞘をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
6. 第１の端部及び第２の端部を有する基板と、
   前記第１の端部に接続される複数の伝送線路と、
   第１の複数のプローブと、
   前記第２の端部に接続される第２の複数のプローブと、
   を備えたプローブアセンブリであって、
   前記第２の複数のプローブがそれぞれ、
   第１の凹部及びプローブコンタクトを有する第１のセクションと、
   第２の凹部を有する第２のセクションと、
   前記第１の凹部内に配置される第１の端部と、前記第２の凹部内に配置される第２の端部とを有し、前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に固定される電気素子とを備えることを特徴とするプローブアセンブリ。
7. 前記電気素子が抵抗器であることを特徴とする請求項６に記載のプローブアセンブリ。
8. 前記電気素子が抵抗器及びコンデンサからなる並列回路であることを特徴とする請求項６に記載のプローブアセンブリ。
9. プローブコンタクトを有する第１のセクションと、
   第２のセクションと、
   前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に配置される電気素子と、
   前記電気素子、前記第１のセクションの少なくとも一部、及び前記第２のセクションの少なくとも一部を覆うように配置される鞘と、
   を備えることを特徴とするプローブ。
10. 前記電気素子が抵抗器であることを特徴とする請求項９に記載のプローブ。

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