JP2017223691A - 平面的ｒｆセンサ技術の強化について - Google Patents

平面的ｒｆセンサ技術の強化について Download PDF

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Abstract

【課題】ＲＦ（無線周波数）センサを電圧プローブと一体化する。【解決手段】第１の外側層１４ａ、第２の外側層１４ｂ、第１の内側層、第２の内側層、開口１８を規定する内周部、第１の複数のトレースによって第１の複数のビア１６に連結され内周部に配置されている第１の複数のセンサパッド３０を含む第１のループ、ならびに第２の複数のトレースによって第２の複数のビア２２に連結され内周部に配置されている第２の複数のセンサパッド３０を含む第２のループを含むＰＣＢ（プリント基板）１２と、第１の複数のセンサパッド３０、第１の複数のビア１６、および第１の複数のトレースに近接する第１の内側層に内蔵されているコアリング４２とを備えている。中心導体２０が開口１８の中を通って延伸し、第１および第２のループは、各センサパッド３０、各ビア１６、２２、各トレース、ならびにコアリング４２に基づいて、電気的信号を生成する。【選択図】図１

Description

本開示は、無線周波数センサ、および、特に、垂直無線周波数電圧／電流センサに関する。
〔関連出願の相互参照〕
この出願は、米国特許仮出願第６１／６８４，０１３号（２０１２年８月１６日出願）に基づく優先権主張を伴う。上記出願の全開示は、これを参照することにより、本明細書に組み込まれる。
ここに与えられた背景技術の記載は、上記開示の背景を、一般的に提示することを目的とするものである。この背景技術及び明細書のいくつか側面にて記述される本願の発明者による研究は、出願時において先行技術としてみなされるものではなく、明示的にも暗示的にも本願に対する先行技術とは認められない。
ＲＦ（無線周波数）電流センサは、プローブとしても知られており、ＲＦ導体を貫流する電流の大きさを示す信号を生成する。電流プローブは、例えば、ＲＦグラウンドまたはシールド導体といった基準電位に関するＲＦ電圧を示す第２の信号を生成するＲＦ電圧／電流（ＶＩ）プローブを形成するために、電圧プローブと一体化され得る。
ＲＦ電流およびＶＩプローブは、フィードバック情報を供給するために、ＲＦ制御回路において使用される。フィードバック情報は、計測されるＲＦ電力を供給するＲＦ増幅器の制御に使用され得る。いくつかの適用例において、上記ＲＦ電力は、半導体製造、メタルコーティング、または、ミクロ機械加工プロセスのためのプラズマを発生させるために用いられる。
本開示のさらなる適用範囲は、以下に提供された詳細な説明から明らかになる。上記詳細な説明および特定の実施例は、実例の目的のみを意図したものであり、本開示の範囲の制限を目的とするものではないことが理解されるべきである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るＲＦ（無線周波数）センサシステムは、第１の層、第２の層、及び内周部を含み、前記内周部によって開口が規定されたＰＣＢ（プリント基板）であって、前記第１の層、前記第２の層、及び前記内周部が基板に形成されたＰＣＢと、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアに連結された第１の複数のセンサパッドを含み、当該第１の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されており、前記第１の複数のトレースが前記第１の層に形成された、第１のループと、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアに連結された第２の複数のセンサパッドを含み、当該第２の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されており、前記第２の複数のトレースが前記第２の層に形成された第２のループであって、上記第１のループに並列な第２のループと、前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記ＰＣＢの 前記第１の層および前記第２の層に内蔵されたコアリングと、を備え、ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るＲＦ（無線周波数）検出方法は、第１の層、第２の層、及び内周部を含んだＰＣＢ（プリント基板）に対し、当該ＰＣＢを貫く開口を規定するステップと、前記内周部に配置されている第１の複数のセンサパッドを含む第１のループを、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアへ連結するステップと、前記内周部に配置されている第２の複数のセンサパッドを含み、上記第１のループに並列な第２のループを、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアへ連結するステップと、前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記ＰＣＢの前記第１の層および前記第２の層にコアリングを内蔵させるステップと、を含み、前記第１の層、前記第２の層、及び前記内周部は基板に形成されており、前記第１の複数のトレースは前記第１の層に形成されており、前記第２の複数のトレースは前記第２の層に形成されており、ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
本開示のさらなる適用範囲は、以下に提供された詳細な説明から明らかになる。上記詳細な説明および特定の実施例は、実例の目的のみを意図したものであり、本開示の範囲の制限を目的とするものではないことが理解されるべきである。
本開示は、詳細な説明および以下の添付の図面から、より十分に理解される。
本開示の多様な実施形態による垂直無線周波数（ＲＦ）電流及び電圧センサの平面図である。 本開示の多様な実施形態による垂直無線周波数（ＲＦ）電流及び電圧センサの電流センサトレースの等角投影図である。 図２の電流センサトレースの平面図である。 図２の電流センサトレースの平面図である。 図２の電流センサトレースの平面図である。 本開示の多様な実施形態による垂直無線周波数（ＲＦ）電流及び電圧センサの電流センサトレースの平面図である。 従来技術の電流センサの模式図である。 本開示の多様な実施形態による電流センサの模式図である。 本開示の多様な実施形態による電流センサの模式図である。 本開示の多様な実施形態による電流センサの模式図である。 図６の電流センサの導体における、ポイントＡおよびＢの電圧の間の容量性結合の関係を示す回路の回路図である。 本開示の多様な実施形態による電圧電流センサの模式図である。 本開示の多様な実施形態による電圧電流センサの導電性円環の平面図である。 は、本開示の多様な実施形態による電圧電流センサの導電性円環の平面図である。
ＲＦ（無線周波数）電流センサは、プローブとしても知られており、ＲＦ導体を貫流する電流の大きさを示す信号を生成する。電流プローブは、例えば、ＲＦグラウンドまたはシールド導体のような、基準電位に関するＲＦ電圧を示す第２の信号を生成するＲＦ電圧／電流（ＶＩ）プローブを形成するため、電圧プローブと一体化され得る。
ＲＦ電流およびＶＩプローブは、フィードバック情報を供給するために、ＲＦ制御回路において使用される。フィードバック情報は、計測されるＲＦ電力を供給するＲＦ増幅器の制御に使用され得る。いくつかの適用例において、上記ＲＦ電力は、半導体製造、メタルコーティング、または、ミクロ機械加工プロセスのためのプラズマを発生させるために用いられる。正確な周波数（例えば、低周波または高周波）で動作している間、ＶＩプローブは、ＶＩプローブの構成部品内における寄生共振に起因する干渉を体験し得る。加えて、センサの中心導体への低周波結合は、低下し得る。それ故、本開示の原理は、ＶＩプローブの周波数特性の改善のために配置され得る。
図１を参照すると、垂直無線周波数（ＲＦ）電圧／電流（ＶＩ）プローブ１０が示されている。ＶＩプローブ１０は、少なくとも４つの導電層と一体となったプリント基板（ＰＣＢ）１２を含む。第１の外側層１４ａおよび第２の外側層１４ｂは、互いに平行であり、ＰＣＢ１２の絶縁基板によって間隔が空けられた状態での関係が維持される。第１および第２の層１４ａ，１４ｂは、まとめて接地面１４と呼ばれる。多数のビア１６は、接地面１４と互いに電気的に接続される。ビア１６は、開口１８の境界の周囲において、半径方向に間隔が空けられ得る。ビア１６は、以下で説明されるＰＣＢ１２の内側層からは電気的に隔離される。接地面１４およびビア１６は、測定されているＲＦ電流を伝搬させる同軸ケーブル（図示されない）の外側層へ接続される。同軸ケーブルの中心導体は、開口１８内で軸方向且つ同軸に位置する導体２０へ接続される。ＶＩプローブ１０は、また、当該ＶＩプローブ１０を、制御のためのＲＦ発電機（図示されない）に連結する際の助けとなる複数の取り付け孔１３を含み得る。
第２の複数のビア２２は、接地面１４から電気的に隔離され、そして、ＰＣＢ１２の内側層に位置する電流ループバックトレースに接続する。第３の複数のビア２４は、接地面１４から電気的に隔離され、そして、電圧センサ磁界キャンセル構造体の一部を実施する。ビア２２，２４、及び、ＰＣＢ１２の内側層におけるこれらに関連したトレースは、以下で詳細に説明される。
ＰＣＢ１２は、内蔵されたコアリング４２を含み得る。コアリング４２は、ＰＣＢ１２の少なくとも一つの層に内蔵される。さらに、コアリング４２は、ビア２２および２４と、電流センサパッド３０との間に配置される。コアリング４２は、ＶＩプローブ１０の磁場を強めるために配置される。
コアリング４２は、ＶＩプローブ１０の磁場における媒体の透磁性を高める材料を含む。例えば、上記磁場における上記媒体には、空気が含まれ得、コアリング４２は、空気よりも透磁性が高い材料を含む。例えば、コアリング４２は、強磁性体またはフェリ磁性体を含み得る。ＰＣＢ１２において、ビア２２および２４と、電流センサパッド３０との間に、コアリング４２を埋め込むことにより、上記磁場における上記媒体（すなわち、コアリング４２の材料）の上記透磁性が高められる。上記磁場における上記媒体の透磁性の増加により、上記関連する磁場が強まる。ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジは、上記磁場の選択的な調整によって制御され得る。ＰＣＢ１２におけるストレスの削減のため、コアリング４２は、ＰＣＢ１２の絶縁体材料と同じかまたは小さい熱膨張係数を有する材料によって製造され得る。
ＰＣＢ１２は、また、ＰＣＢ１２の内側層の多様なトレースおよび接地面１４に接続され得る電子回路の構成部品の取り付けのための、一般的には２８に示される、トレースおよびパッドを含み得る。構成部品の一例として以下を含む。電子回路へ電力を供給するため、および／または、それらから電気信号を得るためのコネクタ、増幅器、変圧器、および／または、導体２０のＲＦ電圧および／または電流を表す信号をバッファ、および／または、調整するフィルタ、等。
図２および３を参照すると、ＰＣＢ１２の多様な図が示されている。接地面１４、ビア１６、およびビア２４は、明確化のために省略される。第１の内側層３２は、絶縁基板３６に形成されたトレース４４ａおよび４４ｂを含む。第２の内側層３４は、基板３６の反対側におけるトレース４４ａおよび４４ｂを含む。トレース４４ａおよび４４ｂは、まとめてトレース４４と呼ばれる。トレース４４は、一対の絡み合った電気的なループまたは巻線を形成するために、ビア２２によってパターン化および接続されている。当然のことながら、基板３６は、図示されない１または複数の追加の導電層を含み得る。追加の導電層は、例えば、以下で説明される電圧センサを実施し得る。
第１および第２の内側層３２，３４は、下部に配置され、それぞれの接地面１４の一つから絶縁される。ビア２２は、以下で説明される第１および第２の内側層において、関連したトレース４４の間で延伸し、該トレース４４を接続する。関連したトレース４４は、また、開口１８の内側に沿って形成された各電流センサパッド３０によって接続される。電流センサパッド３０は、基板３６における開口１８の縁部にメッキされ、レーザ、機械的摩耗、または、他の製造技術によって、成形のために切断され得る。
絶縁基板３６は、電流センサパッド３０に長さＬを与える。ＲＦ電流が導体２０を貫流している間、磁場は、導体２０の周りを回転する。磁場は、
Figure 2017223691
を与えるビオ・サバールの法則によって規定され得る。“radius”は導体２０と電流センサパッド３０との間隔であり、“ACcurrent”は導体２０を貫流する電流であり、“μ0”は磁気定数であり、
Figure 2017223691
に等しい。磁場は、電流センサパッド３０と交差する。
ファラデーの法則から、上記誘起電圧は、電流センサパッド３０の長さＬ、磁場の変化率、および、電流センサパッド３０、トレース４４、およびビア２２によって形成されたループの高さの関数である。上記長さＬの増加は、例えば、基板３６の厚さの増加によるものであり、ＲＦ同軸ケーブル（図示されない）とＶＩプローブ１０との結合度を高める。
Ｌの増加につれて、ＰＣＢ３６の製造中におけるドリルの破損の危険性を削減するため、ビア２２の直径の拡大が必要と成り得る。ビア２２の直径の拡大は、また、センサのサイズを増加させる、および／または、開口１８の周に沿って取り付けられた、電流センサパッド３０またはループ（図示されない）の数を削減させる。ビア２２の直径の拡大は、また、導体２０への容量性結合の比例的増加を引き起こし、導体２０に生じた電界による、所望の電流信号の劣化、および、ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジの減少が許されてしまう。多様な実施形態において、電流センサパッド３０の幅は、電界による劣化およびダイナミックレンジの問題を緩和することが可能となるように、非常に狭く製造され得る。端部がメッキ加工された電流センサパッド３０は、電流信号の電界による劣化を削減する、ＶＩプローブ１０に必要な、ビア２２のサイズおよび数を削減する。上記電流信号は、導体２０を貫流する電流を表し、トレース４４から取り込まれる。
他の実施形態において、ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジは、電流センサパッド３０の長さ（Ｌ）の増加によって、増大される。電流センサパッド３０の長さの増加のため、第２のＰＣＢ１５は、図２に示されているように、ＰＣＢ１２に結合され得る。第２のＰＣＢ１５は、第２のＰＣＢ１５とＰＣＢ１２との間の結合層（図示されない）を伴って、ＰＣＢ１２に結合され得る。結合層は、第２のＰＣＢ１５をＰＣＢ１２に電気的に結合するために配置された導体材料で構成されている。例えば、上記結合層は、銅から構成され得る。いくつかの実施形態において、電流センサパッド３０は、第２のＰＣＢ１５からＰＣＢ１２へ、直列に接続され得る。さらにもう一つの実施形態において、電流センサパッド３０は、第２のＰＣＢ１５およびＰＣＢ１２から、並列に接続され得る。第２のＰＣＢ１５のみがＰＣＢ１２に結合されることが示されているが、いくつかのＰＣＢ（例えば、第３、第４、または第５のＰＣＢ）が、ＰＣＢ１２に結合され得ることが理解される。
他の実施形態において、ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジは、第２のＰＣＢ１５およびＰＣＢ１２へコアリング４２を内蔵させることにより、増大され得る。コアリング４２は、第２のＰＣＢ１５およびＰＣＢ１２の各々において、ビア２２および２４、電流センサパッド３０、ならびにトレース４４の間に内蔵され得る。コアリング４２は、ＶＩプローブ１０の磁場を強めるために配置される。例えば、コアリング４２は、ＶＩプローブ１０の磁場における上記媒体の透磁性を高める素材から製造される。上記磁場における上記媒体の透磁性の増加により、上記関連する磁場が強まる。図２では、第２のＰＣＢ１５およびＰＣＢ１２の両方に内蔵されたコアリング４２が示されているが、コアリング４２は、第２のＰＣＢ１５およびＰＣＢ１２の、どちらか一方または両方に内蔵され得ること、または、どちらにも内蔵され得ないことが理解される。
ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジは、ビア２２および２４、電流センサパッド３０、ならびにトレース４４のパラメータの選択的な調整によって、さらに増大され得る。例えば、コアリング４２は、複数の巻線によって取り囲まれる。複数の巻線は、ビア２２および２４、電流センサパッド３０、ならびにトレース４４から構成される。ＶＩプローブ１０の共振は、巻線の数の選択的な調整、および／または、ビア２２および２４、電流センサパッド３０、ならびにトレース４４のサイズの選択的な調整によって、制御され得る。ＶＩプローブ１０の共振の制御により、ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジが増大され得る。
トレース４４は、図３Ａ−Ｃにより詳細に示されている。トレース４４ａおよびトレース４４ｂは、２つの絡み合ったワイヤのループを形成するために接続される。図３Ａのトレース４４ａおよび４４ｂは、電流センサパッド３０をループバックビア２２へ接続する。ループバックビア２２は、図３Ｃに示されているように、センサの裏側、他のトレース４４ａまたはトレース４４ｂ、および、次の電流センサパッド３０に接続する。理解を容易にするため、図３は、トレース４４ａおよび４４ｂのように２つのループを表している。破線は、上記基板の裏側のトレースを示す。図３のヘキサゴン（hexagon）４０は、ＲＦ経路接地ビア１６の一つとして、両方のループのための共通グラウンド点となり得る。この共通グラウンドシステムは、グラウンドループの削減のために使用され得る。
開口１８の内周部に沿った空間的な均一性を伴う、電流センサパッド３０の交互性により、この電流ループは、導体２０の移動（例えば、ＶＩプローブ１０の分解／組み立て、または、ＶＩプローブ１０の動作中における熱変化）からの自己補正機能を与える。上記設計による、この自己補正機能は、導体２０から電流センサパッド３０までの間隔の合計を維持することにより、機能する。もし、例えば、導体２０が右側へ移動した場合、右側の電流センサパッド３０と導体２０との間隔が縮まる一方、左側の電流センサパッド３０と中心の導体２０との間隔が同じ量広がり、間隔の合計および電流信号レベルが同一に保たれる。
図４では、本開示の多様な実施形態によるＰＣＢ１２の他の図が示されている。接地面１４およびビア１６は、明確化のために省略される。第１の内側層３２は、絶縁基板３６に形成されたトレース４４ａおよび４４ｂを含む。第１の内側層３４は、基板３６の反対側におけるさらなるトレース４４ａおよび４４ｂを含む。トレース４４ａおよび４４ｂは、まとめてトレース４４と呼ばれる。トレース４４は、一対の絡み合った電気的ループまたは巻線を形成するために、ビア２２によって、パターン化および接続される。基板３６は、図示されない、１または複数の追加の導電層を含み得ることが理解されるべきである。この追加の導電層は、例えば、以下で説明される電圧センサを実施し得る。図４に示されたＰＣＢ１２において、ビア２４は、以下で説明されるような電圧センサ（例えば、図８を参照）を実施するため、電流センサパッド３０へ電気的に接続される。
図５Ａでは、従来技術の電流センサの模式図が示されている。アンペールの法則から、ＲＦ電流の紙面への伝搬に伴い、磁場は、導体２０の周りにおいて時計回り方向に生成される。この磁場は、ピックアップループ６０において、変圧器５０を貫流する電流を引き起こす。上記ループ６０によって検出されたいずれの電界も、グランドへ短絡される。図５Ａの回路は、ループ６０間の結合が生じないように、センサループ６０の端と端とがつないで配置された、電流センサとして作用する。
図５Ｂでは、本開示の多様な実施形態による電流センサの模式図が示されている。図５Ｂの回路において、共通グラウンドは、ループ６０のために使用される。アンペールの法則から、ＲＦ電流の紙面への伝搬に伴い、磁場は、導体２０の周りにおいて時計回り方向に生成される。この磁場は、ピックアップループ６０において、変圧器５０を貫流する電流を引き起こす。上記ループ６０によって検出されたいずれの電界も、グランドへ短絡される。図５Ｂの回路は、互いに隣り合った（または、互いに並列な）２つのループ６０を含み、ループ６０の間に結合は生じない。
図５では、本開示の多様な実施形態による電流センサの模式図が示されている。図５Ｃの回路において、ループ６０は共通グラウンドに接続されない。アンペールの法則から、ＲＦ電流の紙面への伝搬に伴い、磁場は、導体２０の周りにおいて時計回り方向に生成される。２つの電流ピックアップループ６０の各々と直列な抵抗５５が含まれ得る。抵抗５５は、ＶＩプローブ１０と共に利用され得るいずれかの付随した処理装置へ、センサインピーダンスを適合させるために使用され、反射信号の低下、ノイズ低下、処理装置へ伝搬するセンサ信号出力の最大化をもたらす。この磁場は、ピックアップループ６０において、変圧器５０および抵抗５５を貫流する電流を引き起こす。上記ループ６０によって検出された電界は、図５Ａおよび図５Ｂの場合と異なり、グラウンドへ短絡されない。変圧器５０におけるポイントＡおよびＢの電界は、しかしながら、等しくなり、電界による変圧器５０の電流の貫流を引き起こさない。それゆえ、この電界は、変圧器５０の二次または出力側において効果的にキャンセルされる。さらに、変圧器５０のポイントＡおよびＢは、相対的に、導体２０の電位に対して磁場によってループ６０において生成された電流信号からの影響に起因する追加の成分を加えたものに相当する、同電位となる。
図５Ｂおよび図５Ｃに描かれているように、上記２つのループが互いに配置されることにより、上記２つのループ６０は、同一の磁界および電界にさらされ、より良好に、電界のキャンセルおよび電流センサのダイナミックレンジの増大をもたらす。電流センサ検出線（例えば、電流センサパッド３０）の長さは、センサ１０の結合および周波数特性に関連する。長い電流センサピックアップは、ＶＩプローブ１０の破壊電圧の低下および他の悪影響を生じさせることなく、センサ１０の低周波数特性、および信号の結合を改善する。
変圧器５０は、概して、一次および二次巻線に関して、巻き数比（“Ｎ”）を有する。抵抗器５５は、出力インピーダンスの実部を補正する。出力インピーダンスの虚部は、実伝送線センサ部の存在によって、または、マッチング／フィルタ回路によって補正され得る。多様な実施形態において、抵抗器５５の値は、以下によって定義され得る。
Figure 2017223691
Ｚｏｕｔｐｕｔは、分析ユニットへ提示される好ましい出力インピーダンスである。Ｎは、変圧器の巻数比である。
ここで図６を参照すると、本開示の多様な実施形態による、さらにもう一つの電流センサの概略図が示されている。図６の回路において、グラウンドの除去、および、１つの連続的なループ６０を形成するためのループ６０の接続（例えば、端と端との接続）により、図５Ｃの回路が、改変されている。これは、ヘキサゴン４０の位置において、ビアによってトレース４４ａおよび４４ｂを接続することにより、達成し得る（図３Ａ−図３Ｃ参照）。この構成において、電流センサへ影響を及ぼす電界は、グラウンドへ短絡されず、それ故、電界電位は、直列な抵抗器５５を貫流する電流を引き起こす。この電界からの電流は、他の電流ループにおいて電流が減じられている間、一の電流ループにおいて、変圧器５０における電界信号の一部の貫流を引き起こし得ることにより、役立つ。この電界の影響は、電流センサのダイナミックレンジを減じ得る。ＲＦグラウンドからの電流センサのグラウンドの除去により、電流センサのグラウンドは、ＰＣＢ１２を貫流する電流による影響を受けず、電流センサは、導体２０の電流のみを計測する。
アンペールの法則から、ＲＦ電流の紙面への伝搬に伴い、導体２０の周りにおいて、時計回り方向に磁場が生成される。抵抗５５は、ＶＩプローブ１０と共に利用され得るいずれかの付随した処理装置へ、センサインピーダンスを適合させるために使用され、反射信号の低下、ノイズ低下、処理装置へ伝搬するセンサ信号出力の最大化をもたらす。この磁場は、ピックアップループ６０において、変圧器５０および抵抗器５５を貫流する電流を引き起こす。上述したように、ループ６０によって検出された電界は、図５ＡおよびＢの場合のように、グラウンドへ短絡されない。変圧器５０のポイントＡおよびＢにおける電界は、しかしながら、等しいため、この電界による変圧器５０の電流の貫流を生じさせない。それ故、この電界は、変圧器５０の二次または出力側５７において効果的にキャンセルされる。さらに、変圧器５０のポイントＡおよびＢは、相対的に同電位となる。
上述したように、ポイントＡおよびＢにおける電圧電位は、容量性結合に起因して、導体２０の電位に比例する。ポイントＡおよびＢにおける電圧電位は、導体２０の電位に対して、磁場によってループ６０において生成された電流信号からの影響に起因する追加の成分を加えたものと考えられ得る。
図７は、図６の導体２０の電圧における、ポイントＡおよびＢの電圧の間の容量性結合の関係を表す回路を示す回路図である。図７において、抵抗器Ｒｍは、例えば、アナログ・デジタル変換器または受信器において、入力インピーダンス測定である。また、Ｉｍは、導体２０の周りにおける磁場の変化によって生じた電流を示す。また、Ｃｃは、導体２０と電流ループ６０との間の結合容量を示す。そして、Ｖｅは、導体２０のＲＦ電圧である。
図７の構成の利用により、導体２０のＲＦ電圧電位は、ガウスの法則によって定義され得る。ポイントＡおよびＢの電圧（それぞれ、ＶＡおよびＶＢ）を定義する節点方程式を使用し、
Figure 2017223691
Figure 2017223691
Figure 2017223691
とすることによって、各々のノードを求めるためのキルヒホッフの法則の方程式は、以下をもたらす。
Figure 2017223691
Figure 2017223691
もし、同類項をまとめると、以下となる。
Figure 2017223691
Figure 2017223691
ＶＡおよびＶＢの解は、以下をもたらす。
Figure 2017223691
Figure 2017223691
変圧器５０のセンタータップによる（または、代わりに、ＡＤＣ／ＤＳＰ（アナログ・デジタル変換器／デジタル・シグナル・プロセッサ）システムによる）ＶＡおよびＶＢ信号の加算（Ｖｓｕｍ＝ＶＡ＋ＶＢ）は、以下をもたらす。
Figure 2017223691
Figure 2017223691
この結果は、導体２０の電界、Ｖｅ、および減衰項である。変圧器５０（二次巻線）またはＡＤＣ／ＤＳＰシステムによる、ＶＡからＶＢを差し引くことにより（Ｖｄｉｆｆ＝ＶＡ−ＶＢ）、以下をもたらす。
Figure 2017223691
Figure 2017223691
この結果は、導体２０を貫流する電流、Ｉｍ、および減衰項である。これらの方程式から、導体２０の電圧（Ｖｅ）および電流（Ｉｍ）が決定され得る。
図８では、本開示の多様な実施形態による電圧／電流センサの模式図が示されている。アンペールの法則から、ＲＦ電流の紙面への伝搬に伴い、導体２０の周りにおいて、時計回り方向に磁場が生成される。この磁場は、ピックアップループ６０において、変圧器５０を貫流する電流を引き起こす。同様の回路が図６に示されており、電圧／電流センサに影響を与える電界は、グランドへ短絡されず、それ故、電界電位は、直列な抵抗器５５を貫流する電流を引き起こす。この電界からの電流は、他の電流ループにおいて電流が減じられている間、電界信号の一部の変圧器５０の貫流を引き起こし得ることで、一の電流ループの役に立つ。この電界の影響は、電流センサのダイナミックレンジを削減し得る。
電流センサのグラウンドをＲＦグラウンドから除去することにより、電流センサのグラウンドは、ＰＣＢ１２を貫流するＲＦ電流に影響されることなく、電流センサは、導体２０の電流のみ計測する。導体２０の電流を表す電気的信号は、変圧器５０の二次側から得られ得る。変圧器５０のセンタータップ５９は、導体２０の電圧を表す電気的信号を得るために使用され得る。これらの電気的信号から、例えば上述の方程式に基づいて、導体２０の電圧および電流が決定され得る。
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、ＰＣＢ１２の多様な図が示されている。接地面１４，ビア１６，およびビア２２は、明確化のために省略される。第３の内側層３３は、絶縁基板３６に形成された導電性円環１０２ａを含む。第４の内側層３５は、基板３６の反対側における他の導電性円環１０２ｂを含む。導電性円環１０２ａおよび１０２ｂは、まとめて導電性円環１０２と呼ばれる。導電性円環１０２は、ビア２４によって互いに接続およびパターン化される。導電性円環１０２の各々は、導体２０の縦軸に直交する平面を規定する。さらに、トレース１０４は、各導電性円環１０２を、開口１８の内側に沿って形成された電圧センサパッド１００に連結する。
いくつかの実施形態において、電圧センサパッド１００は、上述の電流センサパッド３０と同一であり得る。電圧センサパッド１００は、基板３６における開口１８の縁部にメッキされ、レーザ、機械的摩耗、または、他の製造技術によって、成形のために切断され得る。ヘキサゴン４０は、導体２０の電圧を決定するための参照用グラウンドとして利用され得る。上記内側層３３もまた、内蔵されたコアリング４２を含む。コアリング４２は、上記内側層３３において、導電性円環１０２および１０２ｂの間に内蔵される。
上述の説明は、一例にしか過ぎず、決して、この開示、その適用、または使用を制限することを目的とするものではない。この開示の広範囲な内容は、多様な形態で実施し得る。それ故、この開示は特定の実施例を含むだけでなく、他の変形例が図面、明細書、特許請求の範囲において明らかとなることから、この開示の真の範囲は制限されるべきでない。明確化の目的のため、同様の要素を一致させるための同一の参照番号が、図面において使用される。ここで使用されている、“Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも一つ”の表現は、非排他的論理和を使用する、論理的な（ＡまたはＢまたはＣ）を意味することが、解釈されるべきである。方法に含まれている１または複数のステップは、本開示の原理を改変することなく、異なる順番で（または、同時に）実行され得ることが理解されるべきである。
［付記事項］
無線周波数センサシステムは、ＰＣＢ（プリント基板）を含む。ＰＣＢは、第１の外側層、第２の外側層、第１の内側層、第２の内側層、および、当該ＰＣＢの開口を規定する内周部を含む。ＰＣＢは、また、第１のループを含む。第１のループは、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアに連結された第１の複数のセンサパッドを含む。第１の複数のセンサパッドは、上記内周部に配置されている。ＰＣＢは、また、第２のループを含む。第２のループは、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアに連結された第２の複数のセンサパッドを含む。第２の複数のセンサパッドは、上記内周部に配置されている。コアリングは、上記第１の複数のセンサパッド、上記第１の複数のビア、および上記第１の複数のトレースに近接する上記第１の内側層に内蔵されている。ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体は、上記開口の中を通って延伸する。上記第１および第２のループは、上記第１および第２の複数のセンサパッド、上記第１および第２の複数のビア、上記第１および第２の複数のトレース、ならびに、上記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
他の形態において、無線周波数検出方法は、ＰＣＢ（プリント基板）を貫く開口を規定することを含む。ＰＣＢは、第１の外側層、第２の外側層、第１の内側層、第２の内側層、および内周部を含む。第１の複数のトレースによって、第１のループを第１の複数のビアへ連結する。第１のループは、第１の複数のセンサパッドを含む。第１の複数のセンサパッドを、上記内周部に配置する。第２の複数のトレースによって、第２のループを第２の複数のビアへ連結する。 第２のループは、第２の複数のセンサパッドを含む。第２の複数のセンサパッドを、上記内周部に配置する。第１の複数のセンサパッド、第１の複数のビア、および第１の複数のトレースに近接する第１の内側層に、コアリングを内蔵させる。ＲＦ（無線周波数）電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
［付記事項２］
ＲＦ（無線周波数）センサシステムは、第１の外側層、第２の外側層、第１の内側層、第２の内側層、及び内周部を含み、前記内周部によって開口が規定されたＰＣＢ（プリント基板）と、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアに連結された第１の複数のセンサパッドを含み、当該第１の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されている、第１のループと、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアに連結された第２の複数のセンサパッドを含み、当該第２の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されている第２のループであって、上記第１のループに平行な第２のループと、前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記第１の内側層に内蔵されたコアリングと、を備え、ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
他の形態において、ＲＦセンサシステムは、第３の外側層、第４の外側層、第３の内側層、第４の内側層、および、第２の内周部を含み、前記第２の内周部によって第２の開口が規定された第２のＰＣＢと、第３の複数のトレースによって第３の複数のビアに連結された第３の複数のセンサパッドを含み、当該第３の複数のセンサパッドが前記第２の内周部に配置されている、第３のループと、第４の複数のトレースによって第４の複数のビアに連結された第４の複数のセンサパッドを含み、当該第４の複数のセンサパッドが前記第２の内周部に配置されている第４のループであって、上記第３のループに平行な第４のループと、をさらに備える。
他の形態において、前記第４の外側層は、前記第１の外側層に電気的に結合される。
他の形態において、前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドは、電気的に直列に接続されている。
他の形態において、前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドは、電気的に並列に接続されている。
ＲＦ（無線周波数）検出方法は、第１の外側層、第２の外側層、第１の内側層、第２の内側層、及び内周部を含んだＰＣＢ（プリント基板）に対し、当該ＰＣＢを貫く開口を規定するステップと、前記内周部に配置されている第１の複数のセンサパッドを含む第１のループを、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアへ連結するステップと、前記内周部に配置されている第２の複数のセンサパッドを含み、上記第１のループに平行な第２のループを、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアへ連結するステップと、前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記第１の内側層にコアリングを内蔵させるステップと、を含み、ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する。
他の形態において、ＲＦ検出方法は、第３の外側層、第４の外側層、第３の内側層、第４の内側層、および第２の内周部を含んだ第２のＰＣＢに対し、第２の開口を規定するステップと、前記第２の内周部に配置されている第３の複数のセンサパッドを含む第３のループを、第３の複数のトレースによって第３の複数のビアへ連結するステップと、前記第２の内周部に配置されている第４の複数のセンサパッドを含み、上記第３のループに平行な第４のループを、第４の複数のトレースによって第４の複数のビアへ連結するステップと、をさらに含む。
他の形態において、ＲＦ検出方法は、前記第４の外側層を前記第１の外側層に電気的に結合するステップをさらに含む。
他の形態において、ＲＦ検出方法は、前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドを、電気的に直列に接続するステップを更に含む。
他の形態において、ＲＦ検出方法は、前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドを、電気的に並列に接続するステップを更に含む。

Claims (10)

  1. ＲＦ（無線周波数）センサシステムであって、
    第１の層、第２の層、及び内周部を含み、前記内周部によって開口が規定されたＰＣＢ（プリント基板）であって、前記第１の層、前記第２の層、及び前記内周部が基板に形成されたＰＣＢと、
    第１の複数のトレースによって第１の複数のビアに連結された第１の複数のセンサパッドを含み、当該第１の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されており、前記第１の複数のトレースが前記第１の層に形成された、第１のループと、
    第２の複数のトレースによって第２の複数のビアに連結された第２の複数のセンサパッドを含み、当該第２の複数のセンサパッドが前記内周部に配置されており、前記第２の複数のトレースが前記第２の層に形成された第２のループであって、上記第１のループに並列な第２のループと、
    前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記ＰＣＢの前記第１の層および前記第２の層に内蔵されたコアリングと、
    を備え、
    ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、
    前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する
    ことを特徴とするＲＦセンサシステム。
  2. 第３の層、第４の層、および、第２の内周部を含み、前記第２の内周部によって第２の開口が規定された第２のＰＣＢであって、前記第３の層、前記第４の層、及び前記内周部が基板に形成された第２のＰＣＢと、
    第３の複数のトレースによって第３の複数のビアに連結された第３の複数のセンサパッドを含み、当該第３の複数のセンサパッドが前記第２の内周部に配置されており、前記第３の複数のトレースが前記第３の層に形成された、第３のループと、
    第４の複数のトレースによって第４の複数のビアに連結された第４の複数のセンサパッドを含み、当該第４の複数のセンサパッドが前記第２の内周部に配置されており、前記第４の複数のトレースが前記第４の層に形成された第４のループであって、上記第３のループに並列な第４のループと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＲＦセンサシステム。
  3. 前記第４の層は、前記第１の層に電気的に結合される
    ことを特徴とする請求項２に記載のＲＦセンサシステム。
  4. 前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドは、電気的に直列に接続されている
    ことを特徴とする請求項３に記載のＲＦセンサシステム。
  5. 前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドは、電気的に並列に接続されている
    ことを特徴とする請求項３に記載のＲＦセンサシステム。
  6. ＲＦ（無線周波数）検出方法であって、
    第１の層、第２の層、及び内周部を含んだＰＣＢ（プリント基板）に対し、当該ＰＣＢを貫く開口を規定するステップと、
    前記内周部に配置されている第１の複数のセンサパッドを含む第１のループを、第１の複数のトレースによって第１の複数のビアへ連結するステップと、
    前記内周部に配置されている第２の複数のセンサパッドを含み、上記第１のループに並列な第２のループを、第２の複数のトレースによって第２の複数のビアへ連結するステップと、
    前記第１の複数のセンサパッド、前記第１の複数のビア、および前記第１の複数のトレースに近接する前記ＰＣＢの前記第１の層および前記第２の層にコアリングを内蔵させるステップと、
    を含み、
    前記第１の層、前記第２の層、及び前記内周部は基板に形成されており、
    前記第１の複数のトレースは前記第１の層に形成されており、
    前記第２の複数のトレースは前記第２の層に形成されており、
    ＲＦ電流を伝搬させるための中心導体が、前記開口の中を通って延伸し、
    前記第１および第２のループは、前記第１および第２の複数のセンサパッド、前記第１および第２の複数のビア、前記第１および第２の複数のトレース、ならびに、前記コアリングに基づいて、電気的信号を生成する
    ことを特徴とするＲＦ検出方法。
  7. 第３の層、第４の層、および第２の内周部を含んだ第２のＰＣＢに対し、第２の開口を規定するステップと、
    前記第２の内周部に配置されている第３の複数のセンサパッドを含む第３のループを、第３の複数のトレースによって第３の複数のビアへ連結するステップと、
    前記第２の内周部に配置されている第４の複数のセンサパッドを含み、上記第３のループに並列な第４のループを、第４の複数のトレースによって第４の複数のビアへ連結するステップと、
    をさらに含み、
    前記第３の層、前記第４の層、及び前記内周部は基板に形成されており、
    前記第３の複数のトレースは前記第３の層に形成されており、
    前記第４の複数のトレースは前記第４の層に形成されている
    ことを特徴とする請求項６に記載のＲＦ検出方法。
  8. 前記第４の層を前記第１の層に電気的に結合するステップ
    をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のＲＦ検出方法。
  9. 前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドを、電気的に直列に接続するステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項８に記載のＲＦ検出方法。
  10. 前記第１の複数のセンサパッド、前記第２の複数のセンサパッド、前記第３の複数のセンサパッド、および前記第４の複数のセンサパッドを、電気的に並列に接続するステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項８に記載のＲＦ検出方法。
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