JP2007251587A - スイッチマトリクス - Google Patents
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Abstract
【課題】 各ポート間の挿入損失及び温度変化による影響を同じにしつつ、スイッチマトリクス全体としての挿入損失及び温度変化による影響を小さくすること。
【解決手段】 端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、前記複数の素子のうちの2つのスイッチ素子は端子面が対向するように位置し、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の間の空間の近傍に位置する。
【選択図】 図4
【解決手段】 端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、前記複数の素子のうちの2つのスイッチ素子は端子面が対向するように位置し、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の間の空間の近傍に位置する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、複数入力・複数出力の高周波信号のスイッチングを行うスイッチマトリクスに関する。
半導体の高周波でのパラメトリック特性を測定するために各種の測定装置が用いられている。そして、各種の測定装置を半導体ウェハのTEG(Test Elementary Group)上の所望の端子を切り替えて電気的に接続するためにスイッチマトリクスが用いられている。
対向する2つの平面にそれぞれ5つのSPMT(Single Pole Multi Throw)を設けて、スイッチマトリクスを構成しているものがある(非特許文献1参照)。このような構成によるスイッチマトリクスでは、端子間を結ぶ同軸ケーブルの長さを各ポートで最短にすると、各ポートの長さにばらつきを生じ、各ポート間を同じ長さで配線すると、最も長いケーブルに合わせることになるため、全体の線路長が長くなる。同軸ケーブルが長くなればなるほど信号の損失が大きくなるので、各ポートで挿入損失を最小にすると、各ポート間の挿入損失にばらつきが生じ、各ポート間で挿入損失を同じにすると全体としての挿入損失が増大することになる。挿入損失が大きくなると測定信号が減衰し、ノイズの影響を受けやすくなる。更に同軸ケーブルの長さが長くなるほど温度変化による影響を受けやすくなる。
NEW GENERATION OF SWITCH MATRICES BROADBAND DC-18 GHz SOLUTIONS、Dow-Key Microwave corporation (http://www.dowkey.com/products/DC-18Solutions.html)
NEW GENERATION OF SWITCH MATRICES BROADBAND DC-18 GHz SOLUTIONS、Dow-Key Microwave corporation (http://www.dowkey.com/products/DC-18Solutions.html)
上述したように、従来のスイッチマトリクスでは、各ポート間の挿入損失及び温度変化による影響を同じにしつつ、スイッチマトリクス全体の挿入損失及び温度変化による影響を小さくすることが困難であった。
本発明は、以上の課題を解決すべく、なされたものであり、各ポート間の挿入損失及び温度変化による影響を同じにしつつ、スイッチマトリクス全体としての挿入損失及び温度変化による影響を小さくすることができるスイッチマトリクスを提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明のスイッチマトリクスは、端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、前記複数の素子のうちの2つのスイッチ素子は端子面が対向するように位置し、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の間の空間の近傍に位置することを特徴としている。このような構成により、同軸ケーブルのそれぞれの長さを略同じにすることができるとともに同軸ケーブルの全体の長さを短くすることができる。
また、本発明のスイッチマトリクスは、前記2つのスイッチ素子の前記端子面は仮想的な円に接するように位置し、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子のうち少なくとも一部のスイッチ素子は前記仮想的な円に接するように位置することを特徴する。
また、本発明のスイッチマトリクスは、前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の中心を結ぶ線分の中点を中心とし、前記線分と垂直な面上の仮想的な円に前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子の少なくとも一部のスイッチ素子が接するように位置することを特徴とする。
また、本発明のスイッチマトリクスは、前記2つのスイッチ素子は3接点以上を選択可能な多接点スイッチ素子であり、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は2接点を選択可能な2接点スイッチ素子であることを特徴とする。多接点スイッチ素子は、SPMTスイッチに対応し、例えば、6接点のうちから選択可能なSP6Tなどが用いられる。2接点スイッチ素子は、2接点のうちから1つを選択できるSPDT(Single Pole Double Throw)スイッチが用いられる。
本発明のスイッチマトリクスでは、前記多接点スイッチ素子は入力側に設けられ、2接点スイッチ素子は出力側に設けられることを特徴とするスイッチマトリクス。
本発明のスイッチマトリクスでは、前記2接点スイッチ素子は2箇所にまとめて配置され、入力側の2つの前記多接点スイッチ素子と2箇所の前記2接点スイッチ素子は交互に隣り合うことを特徴とする。
本発明のスイッチマトリクスは、2入力、5出力であることを特徴とする。
本発明のスイッチマトリクスは、2つの前記他接点スイッチ素子の前段に2つの2接点スイッチ素子をさらに有し、前記スイッチマトリクスは3入力以上であることを特徴とする。
端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも3つのスイッチ素子は、仮想的な円に前記複数のスイッチ素子の端子面が接するように位置することを特徴とする。
本発明のスイッチマトリクスは、端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも3つのスイッチ素子は、その端子面が、仮想的な多面体のそれぞれ異なる面上に位置するように設けられることを特徴とする。多面体は、立方体、直方体、三角錐、その他、種々のものとすることができる。更にスイッチ素子には、高周波用の同軸スイッチが用いることができる。
上述したように、本発明によれば、スイッチ素子で切り替えられる各ポート毎に接続される同軸ケーブルの長さを略同じにすることができるとともに全体の長さを短くすることが可能である。
このため、各ポート間において、スイッチマトリクスの挿入損失、温度変化による影響を略同じレベルとすることができ、さらに全体の挿入損失、温度変化による影響を少なくすることができるという効果がある。
以下、本発明の実施形態であるスイッチマトリクスを図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態のスイッチマトリクスの構成を示す図である。同図において、100はテストヘッドを示している。なお、テストヘッドには、SMU(Source Monitor Unit)などが搭載されており、また、スイッチマトリクスによる経路選択をコントロールするコントロールユニットが設けられているが、図1においてはそれらは図示を省略している。10は、半導体ウェハ上のTEGに設けられたパッドを示している。なお、実際には、テストヘッドからの信号線はプローバによってパッドとコンタクトするようになっている。20は、本発明で使用される半導体デバイスの測定装置の例としてネットワークアナライザーを示している。しかしながら、本発明はこれに限らず、パルスジェネレータ、オシロスコープ、インピーダンスメータ、その他の測定装置と接続することができる。
テストヘッド100はスイッチマトリクス110、120を有している。なお、本願においては、スイッチマトリクス110、120の、ネットワークアナライザー20等の測定装置に接続される側を入力側とし、半導体ウェハ上のパッド10に接続される側を出力側とする。
スイッチマトリクス110は、入力側に2つのSPDT(Single Pole Double Throw)スイッチ111、112が設けられている。なお、SPDTスイッチは、2つの入力のうち選択した1つと出力とを接続するスイッチである。すなわち、2接点のうちどの接点を選択するか制御できる。2つのSPDTスイッチの出力はそれぞれ2つのSP6T(Single Pole 6 Throw)スイッチ113、114の入力に同軸ケーブルにより接続される。SP6Tスイッチは、1つの入力を6つの出力のうち選択した出力と接続するスイッチである。すなわち、6接点のうちどの接点を選択するか制御できる。
なお、SP6Tスイッチの出力側の端子は6つのうち5つしか使用していない。このため、1つの入力を5つの出力のうち選択した1つの出力と接続するSP5T(Single Pole 5 Throw)スイッチを用いることもできる。さらに、SP6Tスイッチ113の5つの出力はそれぞれ出力側に設けられた5つのSPDTスイッチ115、116、117、118、119の一方の入力と同軸ケーブルにより接続される。同様に、SP6Tスイッチ114の5つの出力はそれぞれSPDTスイッチ115、116、117、118、119の他方の入力と同軸ケーブルにより接続される。なお、テストヘッド100の入力側の端子と入力側のSPDTスイッチ111、112の入力とは同軸ケーブルにより接続される。さらに、出力側のSPDTスイッチ115、116、117、118、119の出力とテストヘッド100の出力側端子とは同軸ケーブルにより接続される。なお、これらの同軸ケーブルは、絶縁体に温度変化の影響が少ないテフロン(登録商標)が用いられているが、セミリジッドケーブルなど他の同軸ケーブルを用いることもできる。
なお、スイッチマトリクス120の構成は、スイッチマトリクス110の構成と同様であるので重複する説明は省略する。
また、SP6Tスイッチ113、114、SPDTスイッチ115、116、117、118、119及びこれらを同軸ケーブルにより接続した部分のみで2入力5出力のスイッチマトリクスが構成できる。
図2は、SPDTスイッチ111の外観を示す斜視図である。同図に示すようにSPDTスイッチ111は直方体の形状の筐体の一面に同軸端子111a、111b、111cが直線状に並んで設けられている。この端子面と対向する面には、この端子の接続を制御するための制御信号端子111dが設けられている。そして、この制御信号端子111dからの信号により端子111aが端子111b又は端子111cと電気的に接続するように制御される。なお、この実施形態では、横方向に並んでいる同軸端子111aと同軸端子111b及び同軸端子111aと同軸端子111cの中心間の距離は11mmである。端子111a、111b、111cは同軸コネクタになっている。さらにこのSPDTスイッチは高周波用の同軸スイッチである。
図3は、SP6Tスイッチ113の外観を示す斜視図である。同図に示すようにSP6Tスイッチ113は、円筒状の筐体の一端面に同軸端子113aと、この同軸端子113aを中心にして正六角形の頂点の位置に同軸端子113b、113c、113d、113e、113f、113gが設けられている。また、この端子面と対向する面には、この端子の接続を制御するための制御信号端子113hが設けられている。そして、この制御信号端子113hからの信号により端子113aが同軸端子113b、113c、113d、113e、113f、113gのうちの1つと電気的に接続するように制御される。なお、この実施形態では、同軸端子113gの中心と同軸端子113dの中心との間の距離は26.97mmである。同軸端子113aから111gは同軸コネクタになっており、SP6Tスイッチ113は高周波用の同軸スイッチである。
図4は、スイッチマトリクス110の内部構成を示す斜視図である。同図に示すように、SP6Tスイッチ115、116は対向して設けられ、7つのSPDTは2つのラック220a、220bに、それぞれ、4つと3つに分けて格納されている。そしてこれらのラック220a、220bに端子面が対向するようになっている。さらに、SP6Tスイッチ115、116の同軸端子とSPDTの同軸端子の間が同軸ケーブル150によって接続されている。
図5は、同軸ケーブルを除いた状態のスイッチマトリクス110の構成を示す底面図である。同図に示すように、SP6Tスイッチ113、114は端子面が対向して設けられており、ラック220aに格納されたSPDTスイッチの端子面と、ラック220bに格納されたSPDTスイッチの端子面とは対向して設けられている。なお、この実施形態においては、SP6Tスイッチ113、114の端子面間の距離は138mmとであり、ラック220aに格納されたSPDTスイッチの端子面と、ラック220bに格納されたSPDTスイッチの端子面との間の距離は142mmである。なお、SP6Tスイッチ113、114は取付部材210a、210bによりテストヘッド100の筐体100aに取付けられている。すなわち、SP6Tスイッチ113、114の端子面の間の空間の近傍にラック220a、220bが取付けられている。
図6は、SP6Tスイッチ113の取付部材210aを示す斜視図である。同図に示すように取付部材210aは、円形の穴が設けられており、この穴の部分にSP6Tスイッチ113の6つの同軸端子が位置するようになっている。
図7は、ラック220aの外観を示す斜視図である。同図に示すように、この図の下から順に4つのSPDTスイッチ112、117、118、119が格納されている。
図8は、ラック220bの外観を示す斜視図である。同図に示すように、このラックには、下から2番目の格納部にはSPDTスイッチは格納されておらず、下から1、3、4番目の格納位置にそれぞれ、SPDTスイッチ111、115、116が格納されている。
図9は、図5のA−A断面図である。同図に示すようにラック220aの端子面とラック220bの端子面とは対向している。また、この実施形態の場合には、取付部材210aに取付けられたSP6Tスイッチ113の中央の同軸端子の中心と筐体110aの部品取り付け面との間の距離は707.5mmである。
図10は、図5のB−B断面図である。同図に示すように、取付部材210a、210bによってSP6Tスイッチ113、114は端子面が対向するように筐体100aに取付けられている。また、この実施形態の場合には、ラック220a、220bに取付けられる互いに重ねあわされるSPDTスイッチの上下方向の同軸端子の中心の間の距離は18.7.mmであり、筐体100aと筐体100aに一番近いSPDTスイッチ111の同軸端子の中心との距離は33.35mmとなっている。
図2から図10に示す条件により図4に示すように各同軸端子を図1の構成にしたがって同軸ケーブルを接続した。ケーブル長の違いにより全体の挿入損失、各ポートごとの損失の違い、温度変化にもっとも影響を与えるのはSP6Tスイッチ113、114と出力側のSPDTスイッチ115から119への同軸ケーブルの配線長であり、以上の実施形態では、この長さは、120mm±10mmを得ることができた。
図11は、他の実施形態のスイッチマトリクスの構成を模式的に示す図である。同図において、310、320は、それぞれ、SP6Tスイッチを示しており、DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6、DT7はSPDTスイッチを示している。同図に示すように、SP6Tスイッチ310と320とは仮想的な円30に端子面が接し、互いに対向して設けられている。また、スイッチDT1、DT2、DT3は互いに隣同士で一塊で円30に端子面が接するように位置する。さらに、スイッチDT4、DT5、DT6、DT7は互いに隣同士で一塊で円30に端子面が接するように位置する。
円周上の点は中心からの距離が等しいので、このような構成により端子間を同軸ケーブルにより接続することで、端子間の同軸ケーブル長を略同じ長さとすることができる。なお、同軸ケーブルを短くするためには、仮想的な円30の直径を小さくするような位置関係とすることが必要である。
図12は、更に他の実施形態のスイッチマトリクスの構成を模式的に示す図である。同図において、311、321は、それぞれ、SP6Tスイッチを示しており、DT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT16、DT17はSPDTスイッチを示している。同図に示すように、SP6Tスイッチ311、321は端子面が仮想的な円40に接するように位置し、スイッチDT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT16、DT17は一塊となって円40の円周にその端子面が接している。このような構成によっても端子間を同軸ケーブルにより接続することで、端子間の同軸ケーブル長を略同じ長さとすることができる。なお、同軸ケーブルを短くするためには、仮想的な円40の直径を小さくするような位置関係とすることが必要である。
図13は、更に他の実施形態のスイッチマトリクスの構成を模式的に示す図である。同図において、312、322は端子面が対向して位置しているSP6Tスイッチを示しており、矢印DT21、DT22、DT23、DT24、DT25、DT26、DT27はSPDTスイッチの端子面の向きと位置を示している。すなわち、矢印の方向は端子面の法線方向を示しており、矢印の先端は端子面と仮想的な円50との接点の位置を示している。同図に示すようにSP6Tスイッチ312、322は端子面が対向している。そして、DT21、DT22、DT23で示すように、この2つのSP6Tの端子面の中心を結ぶ線分の中点を通りこの線分に垂直な平面上の仮想的な円50に端子面が接するようにSPDTスイッチが隣り合って一塊になっている。また、DT24、DT25、DT26、DT27で示すように円50に端子面が接するようにSPDTスイッチが隣り合って一塊になっている。このような構成により、端子間を同軸ケーブルにより接続することで、端子間の同軸ケーブル長を略同じ長さとすることができる。なお、同軸ケーブルを短くするためには、仮想的な円50の直径を小さくするとともにSP6Tスイッチの間隔を短くする位置関係とすることが必要である。
図14は、更に他の実施形態のスイッチマトリクスの構成を模式的に示す図である。同図に示すように、この実施形態のスイッチマトリクスでは、多面体の1つである仮想的な立方体60の対向する2つの面上にSP6Tスイッチ313、323の端子面313a、323aが位置するように構成し、かつ、他の面上にSPDTスイッチDT30の端子面DT30aが位置するように構成する。
図15は、更に他の実施形態のスイッチマトリクスの構成を模式的に示す図である。同図に示すように、この実施形態のスイッチマトリクスでは、多面体の1つである仮想的な三角錐70の2つの面上にSP6Tスイッチ314、324の端子面314a、324aが位置するような構成とし、かつ、他の面上にSPDTスイッチDT40の端子面DT40aが位置するように構成する。
また、図14、図15においては、立方体、三角錐を例に挙げたが、他の多面体のでもよい。
なお、図11から図15に示す実施形態においては、それぞれのスイッチの位置関係のみを示しており、実際には、それぞれのスイッチをその位置関係で固定する固定部材及び端子間を接続する同軸ケーブル等が設けられる。
以上、説明したように、上述した本発明の実施形態のスイッチマトリクスによれば、SP6Tスイッチと出力側SPDTスイッチとの間の同軸ケーブルの長さを一定としつつ全体の長さを短くすることが可能である。このため、各ポート間の挿入損失及び温度変化による影響を略同一とし、全体の挿入損失及び温度変化による影響を少なくすることができる。
30、40、50 円
60 立方体
70 三角錐
100 テストヘッド
100a テストヘッドの筐体
110、120 スイッチマトリクス
111、112、115、116、117、118、119、DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6、DT7、DT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT16、DT17、DT30、DT40 SPDTスイッチ
113、114 SP6Tスイッチ
111a、111b、111c、113a、113b、113c、113d、113e、113f、113g 同軸端子
150 同軸ケーブル
210a、210b 取付部材
220a、220b ラック
310、311、312、313、314 スイッチ
313a、314a、DT30a、DT40a 端子面
60 立方体
70 三角錐
100 テストヘッド
100a テストヘッドの筐体
110、120 スイッチマトリクス
111、112、115、116、117、118、119、DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6、DT7、DT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT16、DT17、DT30、DT40 SPDTスイッチ
113、114 SP6Tスイッチ
111a、111b、111c、113a、113b、113c、113d、113e、113f、113g 同軸端子
150 同軸ケーブル
210a、210b 取付部材
220a、220b ラック
310、311、312、313、314 スイッチ
313a、314a、DT30a、DT40a 端子面
Claims (11)
- 端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、
前記複数の素子のうちの2つのスイッチ素子は端子面が対向するように位置し、
前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の間の空間の近傍に位置することを特徴とするスイッチマトリクス。 - 前記2つのスイッチ素子の前記端子面は仮想的な円に接するように位置し、
前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子のうち少なくとも一部のスイッチ素子は前記仮想的な円に接するように位置することを特徴するする請求項1記載のスイッチマトリクス。 - 前記2つのスイッチ素子の対向する端子面の中心を結ぶ線分の中点を中心とし、前記線分と垂直な面上の仮想的な円に前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子の少なくとも一部のスイッチ素子が接するように位置することを特徴とする請求項1記載のスイッチマトリクス。
- 前記2つのスイッチ素子は3接点以上を選択可能な多接点スイッチ素子であり、前記2つのスイッチ素子以外のスイッチ素子は2接点を選択可能な2接点スイッチ素子であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスイッチマトリクス。
- 前記多接点スイッチ素子は入力側に設けられ、2接点スイッチ素子は出力側に設けられることを特徴とする請求項4記載のスイッチマトリクス。
- 前記2接点スイッチ素子は2箇所にまとめて配置され、入力側の2つの前記多接点スイッチ素子と2箇所の前記2接点スイッチ素子は交互に隣り合うことを特徴とする請求項5記載のスイッチマトリクス。
- 前記スイッチマトリクスは、2入力、5出力であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のスイッチマトリクス。
- 2つの前記他接点スイッチ素子の前段に2つの2接点スイッチ素子をさらに有し、前記スイッチマトリクスは3入力以上であることを特徴とする請求項4記載のスイッチマトリクス。
- 端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、
前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも3つのスイッチ素子は、仮想的な円に前記複数のスイッチ素子の端子面が接するように位置することを特徴とするスイッチマトリクス。 - 端子面にスイッチ端子が設けられた複数のスイッチ素子を用いて入力側から出力側を同軸ケーブルにより接続して構成されるスイッチマトリクスであって、
前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも3つのスイッチ素子は、その端子面が、仮想的な多面体のそれぞれ異なる面上に位置するように設けられることを特徴とするスイッチマトリクス。 - 前記スイッチ素子は高周波用の同軸スイッチであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載のスイッチマトリクス。
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Legal Events
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091113 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100407 |