JP4884842B2

JP4884842B2 - 差動測定プローブ

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Publication number: JP4884842B2
Application number: JP2006147137A
Authority: JP
Inventors: ケイ−ウィーン・シー・ヤング; マーク・ダブリュ・ナイチンゲール; ポール・ジー・カステイン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-05-26
Also published as: US7436191B2; JP2006329993A; US7586318B2; US7560944B2; CN1869712A; EP1726965B1; TWI418795B; US20070159195A1; US20080309357A1; US20060267605A1; DE602006002171D1; TW200706883A; CN1869712B; US20080309356A1; EP1726965A1

Description

本発明は差動測定プローブに関し、特に、同軸方向又は横方向に互いに移動するプロービング・チップ用のグラウンド・クリップ・システムを有する差動測定プローブに関する。

差動測定プローブは、プローブ本体から延びる第１及び第２プロービング・チップを有し、これらで被測定デバイスから差動信号を得るか、又は、第２プロービング・チップは被測定デバイスのグラウンド（接地）に接続して、シングルエンド信号を得る。電気信号が高速になってくると、低い帯域では無視できた誘導性及び容量性の作用も大きくなってくる。グラウンドの閉回路（loop）によるインダクタンスも、差動測定プローブの帯域を制約するものの１つである。差動測定プローブの帯域も２０ＧＨｚに達しようとしているので、グラウンドの閉回路によるインダクタンスも可能な限り低減させる必要がある。

これに関連し、電気信号速度の増加によって、プリント回路基板中に伝送線路（Transmission Line）構造を設ける要求が出てきている。高速な用途に対応し、プリント基板の性能を最適化するためには、部品間をつなげる滑らかな伝送線路構造が必要である。時間領域反射率測定（Time domain reflectometry:ＴＤＲ）プローブは、プリント回路基板上の伝送線路構造に立ち上がり又は立ち下がりエッジを有する信号を導入し、伝送線路構造から戻ってくる信号を得て伝送線路構造のパラメータを測定する。例えば、伝送線路構造の品質を確認は、ＴＤＲプローブとサンプリング・オシロスコープを用いた測定で行える。

差動のＴＤＲ測定機器は存在しているが、商業利用可能なＴＤＲプローブの制約により、プリント回路基板の製造業者は、プリント回路基板伝送線路インピーダンス制御測定用のＰＣＢフラットパネル（Flat）の周辺に沿って配置された試験金属片（test coupon）の上にレイアウトした試験構造に依存せざるをえなかった。試験金属片からのＴＤＲデータは、ロットの品質を測定し、回路基板の合否を判定するのに使用される。この場合、試験金属片が関心のある実際の伝送線路とは異なっているため、基準よりわずかに良い回路基板が不合格となり、わずかに悪い回路基板が合格になることが起こる。システム速度と伝送線路設計の相関関係の研究は、一般的に試験金属片の結果に基づいている。基板の広い領域に渡って、薄膜層の厚さ、誘電率の変動、金属線のフォト・エッジ解像力、そして銅エッチングを制御するのは難しいので、回路基板の配置に依存する伝送線路のインピーダンスには、一般にかなり大きな変動がある。伝送線路の不均一性は、多くの場合、１０パーセント程度である。これら問題のため、基板インピーダンスと高性能差動伝送線路の相関関係の研究には、真の関係を明らかにするために、多く場合、非常に多数のサンプルが必要となる。

差動ＴＤＲ試験を行う際にユーザが直面する他の問題は、差動信号線に対して良好なグラウンド（接地）を用意する必要がある点である。プリント回路基板上の差動信号の測定を行うと、多くの場合、コプレーナ（coplanar）型のプローブ・パッド配置が必要となる。その一般的なプローブ・パッドの配置は、グラウンド・信号線・信号線・グラウンド（Ｇ−Ｓ−Ｓ−Ｇ）又はグラウンド・信号線・グラウンド・信号線・グラウンド（Ｇ−Ｓ−Ｇ−Ｓ−Ｇ）である。これはとても厳しい要件である。なぜなら、差動の対となる信号線の間隔及び信号線幅は、デバイスのピン・ピッチ、ＰＣＢの基板材料、望ましい損失限界などによって様々だからである。差動ＴＤＲプローブは、これら異なる形状に適合できなければいけない。

ＴＤＲプローブの一例としては、日本のキャンドックスシステムズ社が製造するＣＰ４００−０４型がある。このプローブは、金属筐体の中に絶縁された信号導体が配置されている。金属筐体には、その一端に信号ケーブルと接続するためのねじ式のコネクタがある。筐体の他端には、バネによるホッピング・ピンを受ける開口がある。１つのホッピング・ピンは、絶縁された信号導体に接続され、他の複数のホッピング・ピンは金属筐体に接続される。結果として、プロービング・チップは、ＧＳＧ配置となり、ホッピング・ピンの中心と中心の間は2.5ミリメータとなる。

他の例としては、米国カルフォルニア州サンタクララのインターコンチネンタル・マイクロウェーブ社が製造販売するＡ０１３１６８８型ＴＤＲプローブがある。このＴＤＲプローブは、金属筐体の一端に信号ケーブルを接続するねじ式コネクタがある。ほぼ四角形の部材がこのコネクタの下から外へと延びており、これにはねじを受けるねじ穴（開口）があって、差動ＴＤＲとして利用するためにＴＤＲプローブに同様のプローブを組み込む際には、ねじでＴＤＲプローブが板ばねに固定される。四角形部材の下には円形部分があって、ここから細い角形プローブ・チップ（Tip：先端）へとつながっている。プローブ・チップ部材には、ＲＦピンと絶縁部材を受ける開口がある。ＲＦピンは、ねじ式コネクタの中心信号コンタクトと電気的に接続される。細い角形プローブ・チップ部材には、他にもグラウンド・ホッピング・ピンを受ける複数の開口が形成されている。こうした種々の開口によって、グラウンド・ホッピング・ピンがＲＦピンから種々の距離に配置される。結果としてプローブ・チップは、ＧＳＧ配置となる。

インターコンチネンタル・マイクロウェイブ社が製造販売するＡ０１３４３３２型差動ＴＤＲプローブは、２つのＡ０１３１６８８型ＴＤＲプローブで作られる。これらＴＤＲプローブは、２つのねじで個々に１つの板ばねに装着される。可変間隔調整クランプが、これらＴＤＲプローブ間に細い角形プローブ・チップ部材に隣接して配置される。この調整クランプには、Ｕ字型部分とフラット部分があり、これら２つの部分は複数のねじで一緒に固定される。Ｕ字型部分の対向する側部には調整押さえ（cap）ねじを受けるねじ穴があり、調整押さえねじはＵ字型部材の側部を通ってＵ字の内側の空間へと延びている。複数のねじ穴は、Ｕ字型部材の基部に複数のねじ穴が形成され、Ｕ字型部材の対向する側部のねじ穴と交差する。基部の各ねじ穴は、調整押さえねじに固定された位置決めねじを受ける。

ＲＦピンの位置決めは、調整押さえねじ上の位置決めねじをゆるめたり、調整押さえねじを回して各ＴＤＲプローブを互いに近づけたり遠ざけたりすることで行われる。複数のＴＤＲプローブが取り付けられた板ばねは、プローブに調整押さえねじに対向する外向きの力を加える。ＴＤＲプローブが回転できるように、ＴＤＲプローブを板ばねに固定しているねじをゆるめても良い。ＲＦチップ及びグラウンド・ホッピング・ピンが正しく位置決めされたときに、位置決めねじと板ばねのねじは締め付けられる。

米国特許第６７３４６８９号（特許文献１）は、ＥＯＳ／ＥＳＤプロテクション制御モジュール用の信号制御を行う測定プローブを記述している。この測定プローブは、バネ仕掛け（spring loaded）の同軸プローブ構体と圧力センサを有し、これらが共同して動作し、起動（activation）信号を制御モジュールに供給する。制御モジュールは、サンプリング・オシロスコープ中のＴＤＲモジュールに接続され、被測定対象に立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのある信号を供給し、被測定対象から戻ってくる信号をサンプリングする。ばね仕掛けの同軸プローブ構体と圧力センサは、１つのプローブ筐体の中に配置される。ばね仕掛けの同軸プローブ構体は、半剛性（semi-rigid）同軸ケーブルを有し、その一端はプロービング・チップを形成し、他端にはねじ式コネクタが設けられる。フレキシブル同軸ケーブルは、このねじ式コネクタと制御モジュールに接続される。グラウンド（接地）プロービング・チップは、上述のプロービング・チップに隣接して配置され、半剛体同軸ケーブルの外部シールド導体と電気的に接続される。グラウンド・プロービング・チップは、収縮性のあるばね仕掛けのプロービング・チップであり、これが半剛体同軸ケーブルの外部シールド導体の周囲にぴったりと合う溝付き環状部品（slotted collar）に取り付けられる。結果として得られるプローブは、ＧＳ配置となる。

米国特許第６７３４６８９号明細書

こうしたことから、グラウンドの閉回路（loop）のインダクタンスを低減し、２０ＧＨｚのプローブ帯域を実現する差動測定プローブが望まれている。更に、既存のグラウンド（Ｇ）−信号（Ｓ）−グラウンド（Ｇ）配置に制限されない間隔可変の差動ＴＤＲプローブが望まれている。この可変間隔差動ＴＤＲプローブは、同軸プロービング・チップの同軸方向及び横方向の可能な全ての動きにおいて、複数の同軸プロービング・チップの外部シールド導体を接続し続けるグラウンド・クリップ・システムを具えている必要がある。

本発明は、筐体内に第１及び第２プロービング・チップ構体が配置された差動測定プローブに関する。第１及び第２プロービング・チップ構体の夫々は、筐体の一端から延びるプロービング・チップを有する。各プロービング・チップ構体は、プロービング・コンタクト（接触子）とプローブ・グラウンドに接続された外部シールド導体とを有し、オシロスコープのような測定試験装置に電気的に接続される。グラウンド・クリップは、第１及び第２プロービング・チップのプロービング・コンタクトに近接する第１及び第２プロービング・チップ夫々の外部シールド導体間を接続する。

差動測定プローブの１つの実施例では、プロービング・チップ構体の夫々が筐体内に少なくとも１つの第１圧縮要素を有し、これによって第１及び第２プロービング・チップ構体が同軸方向に独立に動くことができる。更に別の実施例では、差動測定プローブが、第１及び第２プロービング・チップ構体のプロービング・チップ間の距離を変更するために、第１及び第２プロービング・チップ構体の一方に結合された少なくとも１つの第１調整機構を有している。

更に別の実施例では、グラウンド・クリップ・システムが差動測定プローブ中の第１及び第２測定プロービング・チップのシールド導体を電気的に接続する。測定プロービング・チップは、差動測定プローブの一端部から延び、また、共通の垂直平面内に配置され、第１及び第２測定プロービング・チップは互いに同軸方向及び横方向に移動する。グラウンド・クリップ・システムは、円形スプリング・ワイヤを有し、これには一端部が垂直部分につながり他端部が傾斜部分につながる横長部分（lateral section）がある。傾斜部分は、垂直部分と反対方向に延び、横長部分に対して鈍角を有している。第１実施例では、円形スプリング・ワイヤの横長部分、垂直部分及び傾斜部分が同じ平面内にある。突き出し部分は、傾斜部分から上向きに延び、横長部分、垂直部分及び傾斜部分の共通平面に対して鋭角を持っている。ワイヤを扁平にした部分は、突き出し部分の端部から延びていると共に、この扁平部分は円形スプリング・ワイヤの横長部分、垂直部分及び傾斜部分の共通平面の方向へと延びている。扁平部分は、円形スプリング・ワイヤの横長部分に対して鈍角を有し、円形スプリング・ワイヤの横長部分、垂直部分及び傾斜部分の共通平面に対して鋭角を有する。

差動測定プローブの端部に傾斜した穴が形成され、これが円形スプリング・ワイヤの垂直部分を受ける。この穴の角度は、第１及び第２測定プロービング・チップの共通垂直平面方向に延びている。側面を有する突起部は、測定プロービング・チップに近接しつつ、差動測定プローブの端部から上方向に延びている。円形スプリング・ワイヤの横長部分の傾斜部分につながる端部は、測定プロービング・チップに面し、突起部の表面に接している。円形スプリング・ワイヤの傾斜部分と突き出し部分の接続部は、第１及び第２測定プロービング・チップの一方のシールド導体と接触し、円形スプリング・ワイヤの扁平部分は第１及び第２測定プロービング・チップの他方のシールド導体と接触する。

好適な実施例では、円形スプリング・ワイヤの横長部分と垂直部分のつながり部分は、実質的にほぼ９０度となっている。円形スプリング・ワイヤの横長部分と傾斜部分間の鈍角には、９２度から９６度の範囲がある。円形スプリング・ワイヤの突き出し部分と、円形スプリング・ワイヤの横長部分、垂直部分及び傾斜部分の共通平面間の角度には、３５度から６５度の範囲がある。円形スプリング・ワイヤの突き出し部分の内寸は、0.010インチ（約0.25ミリメータ）である。円形スプリング・ワイヤの扁平部分の厚さは、0.004インチ（約0.10ミリメータ）から0.007インチ（約0.18ミリメータ）の範囲である。円形スプリング・ワイヤの扁平部分の横長部分に対する鈍角は、９２度から９５度の範囲にある。円形スプリング・ワイヤの横長部分、垂直部分及び傾斜部分の共通平面に対する扁平部分の鋭角は、８度から１５度の範囲にある。第１及び第２測定プロービング・チップの共通垂直平面方向に延びる穴の角度は、２０度である。

本発明による更に別の実施例では、横長部分で定まる平面に関し、円形スプリング・ワイヤの垂直部分及び傾斜部分のうちの少なくとも１つが、この横長部分平面に対して鋭角をなしている。差動測定プローブの一端部に形成される穴は、第１及び第２測定プロービング・チップの共通垂直平面と平行で、円形スプリング・ワイヤの垂直部分を受ける。１つの実現例では、横長部分平面に対する円形スプリング・ワイヤの垂直部分の鋭角は２０度である。他の実現例では、横長部分平面に対する円形スプリング・ワイヤの傾斜部分の鋭角は２０度である。更に別の実現例では、円形スプリング・ワイヤの垂直部分及び傾斜部分が横長部分平面に対して傾斜し、円形スプリング・ワイヤの垂直部分及び傾斜部分の合計の角度が、横長部分平面に対して２０度である。

本発明の目的、効果、新規な点については、以下の詳細な説明を特許請求の範囲と図面を参照して読むことによって明らかとなろう。

図１は、グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動測定プローブの斜視図である。差動測定プローブ１０は、プロービング・チップ１８及び２０の外部シールド導体１４及び１６に接続されたグラウンド・クリップ・システム１２を有する。プロービング・チップ１８及び２０の夫々は、プロービング・チップ１８及び２０の中心に配置されたプロービング・コンタクト２２及び２４を有する。プロービング・チップ１８及び２０は、筐体２６から外へと延びている。差動測定プローブ１０は、同時継続中の米国特許出願番号第１１／１３９１０３号に記載されているような測定プロービング・システムの一部として利用される。この測定プロービング・システムは、同軸ケーブルを介してオシロスコープのような測定試験装置に電気的に接続されたプローブ本体を含む。この同軸ケーブルには、プローブ本体内の能動回路に電源供給するとともに、能動回路の制御のためにプローブ本体間と通信信号をやりとりする電源及び信号線がある。２つの同軸ケーブルは、逆張力のがし（inverted strain relief）を通してプローブ本体から延びて、差動測定プローブ１０に接続される。図２は、グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動測定プローブの部分分解斜視図である。これに示されるように、プロービング・チップ１８及び２０は、筐体２６内に配置された第１及び第２プロービング・チップ構体２８及び３０の一部である。

筐体２６は、ＡＢＳプラスチック、ポリカーボネートなどの絶縁部材で掲載された第１及び第２筐体部材３２及び３４からなる。プロービング・チップ構体２８及び３０は、米国フロリダ州セントオーガスティンにあるテンソライト社がセミ・フレックス（商標）の商品名で製造販売しているようなフレキシブル半剛性同軸ケーブル３６及び３８で形成しても良い。このセミ・フレックスは、中心信号導体と、きつく編み上げた（編組）外部シールド導体からなり、この外部シールド導体は、絶縁部材４０で覆われた電気的に導電性の部材から形成されている。外部絶縁部材４０の一部はケーブル３６及び３８から除かれ、外部シールド導体の露出した編組部分は、溶融半田に浸される。半田がこの編組部分に流れ込むと、ケーブルのこれら部分の強度が増し、曲がらない半剛性の同軸ケーブル４４及び４６を形成する。この硬い外部シールド導体がプロービング・チップ構体２８及び３０の外部シールド導体１４及び１６を形成することで、曲がらない半剛性の同軸ケーブル４４及び４６がプロービング・チップ構体２８及び３０を形成する。プロービング・チップ１８及び２０のプロービング・コンタクト２２及び２４は、半剛性同軸ケーブル４４及び４６の中心信号導体に電気的に接続された抵抗部品に夫々保持されるのが望ましい。更なる実施例としては、半剛性同軸ケーブル４４及び４６が、固形の外部シールド導体を持つ古くから使用される半剛性同軸ケーブルであっても良い。半剛性同軸ケーブルの外部シールド導体１４及び１６は、プローブ本体の電気回路を通して電気的なグラウンド（接地）に接続される。

第１及び第２プロービング・チップ構体２８及び３０には、半剛性同軸ケーブル４４及び４６の夫々に配置された第１圧縮ばね５０及び５２がある。第１圧縮ばね５０及び５２夫々の一端は、半剛性同軸ケーブル４４及び４６に固定して配置される。１つの実施例では、これらばねの一端は、夫々の保持板（retention plate）５４に接することで半剛性同軸ケーブル４４及び４６の外部シールド導体１４及び１６に保持される。保持板５４の反対側は、筐体２６の横断壁５６に接している。第１圧縮ばね５０及び５２の他端は横断壁５８に接し、第１圧縮ばね５０及び５２が横断壁５６及び５８の間で圧縮されるようになっている。

第１及び第２プロービング・チップ構体２８及び３０には、半剛性同軸ケーブル４４及び４６に配置される第２圧縮ばね６０及び６２がある。第２圧縮ばね６０及び６２夫々の一端は、夫々の圧力板６４に接する。圧力板６４には開口６６があり、これに通すことよって半剛性同軸ケーブル４４及び４６の周りに圧力板６４が位置決めされる。圧力板６４は、半剛性同軸ケーブル４４及び４６に沿って自由に移動する。圧力板６４は、横断壁６８に接している。第２圧縮ばね６０及び６２の他端は横断壁７０に接しており、第２圧縮ばね６０及び６２は横断壁６８及び７０の間で圧縮されるようになっている。アクチュエータ７２は、半剛性同軸ケーブル４４及び４６の外部シールド導体１４及び１６に固定して配置される。これらアクチュエータ７２には、圧力板６４に方向に延びる突起部７４がある。アクチュエータ７２の突起部７４は、プロービング・チップ構体２８及び３０に対して筐体２６が動くと、横断壁６８に形成された開口７６を通過して圧力板６４と係合する。第１及び第２圧縮ばね５０、５２、６０及び６２によって、プロービング・チップ構体２８及び３０は、使用中に筐体２６内を同軸方向に独立に移動できる。

グラウンド・クリップ・システム１２は、例えば、銀めっきされたフレキシブル編組銅８０で形成しても良い。銀めっき編組銅８０は、半田、導電性のエポキシなどを用いてプロービング・チップ１８及び２０の外部シールド導体１４及び１６に保持される。銀めっき編組銅８０は、プロービング・チップ構体２８及び３０が筐体２６内を独立に移動可能な最大移動量に対応できるよう、十分な長さと柔軟性を有するものにする。

図３は、グラウンド・クリップ・システム１０２を有する本発明による差動ＴＤＲ測定プローブ１００の斜視図である。ＴＤＲ測定プローブ１００には、以下に詳細に説明する第１及び第２プロービング・チップ構体が内部に配置された筐体１０４がある。筐体１０４は、好ましくは長い形状で、断面の多くは四角く、第１及び第２部材１１４及び１１６から構成される。筐体１０４は、ＡＢＳプラスチック、ポリカーボネートなどの絶縁部材で形成される。筐体１０４の一端からは、プロービング・チップ１０６及び１０８が延びている。筐体の末端から延びているのは、同軸のねじ式コネクタ１１０及び１１２で、これらはフレキシブル同軸ケーブル（図示せず）に接続される。この同軸ケーブルは、差動ＴＤＲ測定プローブ１００を、電気的オーバー・ストレス（electrical overstress：EOS）及び静電気放電（electrostatic discharge：ESD）プロテクションを行う第１及び第２制御モジュール（図示せず）に接続する。第１及び第２制御モジュールは、差動ＴＤＲ測定プローブ１００からの信号をサンプリング・オシロスコープ（図示せず）中のＴＤＲサンプリング・モジュールに供給する。

図４は、グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動ＴＤＲ測定プローブの部分分解斜視図である。筐体部材１１４は、第１及び第２同軸プローブ構体１２２及び１２４を受ける第１及び第２チャンネル１１８及び１２０を有する。同軸プローブ構体１２２及び１２４の夫々には、中心信号導体１２８及び外部シールド導体１３０を有する半剛性同軸ケーブル１２６がある。中心信号導体１２８は、外部シールド導体１３０を通り越して外まで延び、一端にプロービング・チップ１０６及び１０８を形成する。半剛性同軸ケーブル１２６には、プロービング・チップ１０６及び１０８にある真っ直ぐな部分へとつながる部分に、プロービング・チップ１０６及び１０８の端へと曲がった湾曲部分１３２がある。同軸ねじ式コネクタ１１０及び１１２は、半剛性同軸ケーブル１２６の他端に取り付けられる。同軸ねじ式コネクタ１１０及び１１２のねじ部分は外部シールド導体１３０に接続され、中心信号導体１２８は同軸ねじ式コネクタ１１０及び１１２内の同軸上に配置された中心導体に夫々接続される。半剛性同軸ケーブル１２６の外部シールド導体１３０は、サンプリング・オシロスコープ中の第１及び第２制御モジュールに接続されたフレキシブル同軸ケーブルに接続されるフレキシブル同軸コネクタ１１０及び１１２を介して電気的なグラウンドに接続することができる。取付板１３４は、同軸ねじ式コネクタ１１０及び１１２は隣接して外部シールド導体１３０に取り付けられる。取付板１３４の同軸ねじ式コネクタ１１０及び１１２と反対の側に、回転防止ブロック１３６及び１３８が接して配置される。回転防止ブロック１３６及び１３８の夫々には溝１４０があり、この中に半剛性同軸ケーブル１２６が納められる。回転防止ブロック１３６及び１３８にはねじ式開口があり、取付板１３４に形成された穴を通ったねじを、これらねじ式開口で受けることで、回転防止ブロック１３６及び１３８が取付板１３４に保持される。

第１及び第２同軸プローブ構体１２２及び１２４には、半剛性同軸ケーブル１２６に配置された圧縮ばね１５０で形成される第１圧縮要素１４６及び１４８がある。圧縮ばね１５０の一端は、好ましくは半剛性同軸ケーブル１２６の外部シールド導体１３０に保持された圧縮ばね保持部材１５２によって半剛性同軸ケーブル１２６上に保持される。圧縮ばね１５０の他端は、半剛性同軸ケーブル１２６に沿って自由に移動できる。圧力板１５４はワッシャー（座金）の形状で、好ましくは圧縮ばね１５０の自由端に接して配置され、溝（チャンネル）１１８及び１２０の後方端部壁１５６及び１５８にぴったりと接する。第１及び第２同軸プローブ構体１２２及び１２４には、ホッピング・ピン（pogo pin）１６４、１６６及び１６８内に配置された圧縮ばねの形で、第２圧縮要素１６０及び１６２がある。圧縮ばねは、ホッピング・ピン１６４、１６６及び１６８内で、ホッピング・ピンの可動電気コンタクト１７０、１７２及び１７４によって圧縮される。

第１同軸プローブ構体１２２には第１圧力センサ１８０があり、これは第１及び第２電気導電性コンタクト１８２及び１８４を含む。第１電気導電性コンタクト１８２は半剛性同軸ケーブル１２６に接して配置され、第２電気導電性コンタクト１８４は筐体部材１１４内に配置される。電気導電性コンタクト１８２は、好ましくは、湾曲溝１８８を有する四角形の保持ブロック１８６の形態をとる。第１同軸プローブ構体１２２の半剛性同軸ケーブル１２６の湾曲部分１３２は、保持ブロック１８６の湾曲溝１８８内に配置され、保持ブロック１８６と電気的に接続される。保持ブロック１８６は、好ましくは、銅、真鍮のような電気導電性部材で作られ、金でめっきされる。第２電気導電性コンタクト１８４は、第１同軸プローブ構体１２２の第２圧縮要素１６０のホッピング・ピン１６４である。

第２同軸プローブ構体１２４には第２圧力センサ１９０があり、これは第１及び第２電気導電性コンタクト１９２及び１９４を含む。第１電気導電性コンタクト１９２は、湾曲溝１９８を有する四角形の保持ブロック１９６に配置される。第２同軸プローブ構体１２４の半剛性同軸ケーブル１２６の曲がった部分１３２は、保持ブロック１９６の湾曲溝１９８内に配置され、保持ブロック１９６と電気的に接続される。保持ブロック１９６は、好ましくは、銅、真鍮のような電気導電性部材で作られ、金でめっきされる。電気的絶縁部材２００が電気導電性コンタクト１９２及び保持ブロック１９６の間に配置され、同軸プローブ構体１２４からコンタクト１９２を絶縁する。第２圧力センサ１９０の第２電気導電性コンタクト１９４は、第２同軸プローブ構体１２４の第２圧縮要素１６２の２つのホッピング・ピン１６６及び１６８である。

差動ＴＤＲ測定プローブ１００には調整機構２１０があり、これは第１同軸プローブ構体１２２を第２同軸プローブ構体１２４に対して相対的に動かし、結果としてプロービング・チップ１０６及び１０８間の間隔を変化させる。この調整機構２１０にはキャリア（運び台）２１２があり、これが第１同軸プローブ構体１２２の保持ブロック１８６を密接して受ける。キャリア２１２は、好ましくはＵ字型部材であり、そこにねじ式開口があって、これが押さえヘッド２１６及びねじ軸部２１８を有する押さえねじ２１４を受ける。押さえねじ２１４のねじ軸部２１８が筐体部材１１４の穴２２０に挿入されて溝１１８の凹部２２２まで延び、キャリア２１２にねじ止めされる。押さえねじ２１４の押さえヘッド２１６は、筐体部材１１４の外側表面に形成されたくぼみに納められる。押さえ板２２４は、このくぼみの上に密着し、筐体部材１１４にねじ止めされるねじ２２６で適切に保持される。押さえ板２２４は、筐体部材１１４と押さえ板２２４の間に押さえヘッド２１６を密着して捕らえるので、くぼみの中で押さえヘッドが回転することがない。

保持ブロック１８６は摩擦でＵ字型キャリア２１２とピッタリ合うので、Ｕ字型キャリア２１２の中では保持ブロック１８６に横方向の遊びはない。キャリア２１２は、筐体部材１１４の溝１１８の凹部２３０に位置決めされ、押さえねじ２１４の回転に応じて凹部２３０を横方向に移動する。押さえねじ２１４を時計回りに回すと、筐体部材１１４によって押さえヘッド２１６の底部に力が加わり、キャリア２１２を筐体部材１１４の側部方向へと外向きに動かすことになる。押さえねじ２１４を反時計回りに回すと、押さえ板２２４によって押さえヘッド２１６の上面に力が加わり、キャリア２１２を筐体部材１１４の中心へと内側に動かすことになる。キャリア２１２は、保持ブロック１８６が凹部２３０外側の壁に接するまで、筐体部材１１４の内壁に形成された凹部２２２の中へ引っ込むことができる。キャリア２１２は、キャリア２１２の一部を溝１１８と１２０の間の分裂した壁２３４に形成された隙間２３２の中まで動かして、保持ブロック１８６が凹部２３０の内側の壁に接するまで展開させることもできる。

プロービング・チップ１０６及び１０８をプリント回路基板上の伝送線路構造上に配置し、筐体１０４に下向きの力を加えると、筐体１０４中の溝１１８及び１２０の後方端部壁１５６及び１５８によって第１圧縮ばね１５０が圧縮されるので、プロービング・チップ１０６及び１０８に下向きの力が加わる。同時に、プロービング・チップ１０６及び１０８は、筐体１０４の中へと引っ込み始める。筐体１０４に下向きの力を加え続けると、筐体１０４の中へとプロービング・チップ１０６及び１０８が引っ込み続け、第１及び第２圧力センサ１８０及び１９０の第２電気導電性コンタクト１８４及び１９４であるホッピング・ピン１６４、１６６及び１６８が、第１及び第２圧力センサ１８０及び１９０の第１電気導電性コンタクト１８２及び１９２と接触する。第１及び第２圧力センサ１８０及び１９０での接触によって、起動（activation）信号が制御信号に送られ、これによってプロービング・チップ１０６及び１０８をＴＤＲサンプリング・モジュールに接続するリレーが起動する。同時に、ホッピング・ピン１６４、１６６及び１６８中の圧縮ばねが、プロービング・チップ１０６及び１０８に下向きの力を更に加える。第１及び第２圧縮要素１４６、１４８、１６０及び１６２を第１及び第２同軸プローブ構体１２２及び１２４において使うことで、これら構体が互いに独立して動くことができる。

図５は、本発明による差動ＴＤＲ測定プローブ１００の前部の拡大斜視図であり、グラウンド・クリップ・システム１０２を示す。プロービング・チップ１０６及び１０８は、差動ＴＤＲ測定プローブ１００の前面（フロント）部と垂直をなす共通平面２４８上に置かれる。グラウンド・クリップ・システム１０２は、スプリング・ワイヤ部材２５０、差動ＴＤＲ測定プローブ１００の一端部に形成された穴２５２、差動ＴＤＲ測定プローブ１００の一端部から突き出た突起部２５４を有する。好適な実施例では、穴２５２及び突起部は、第２同軸プローブ構体１２４の保持ブロック１９６に形成される。穴２５２は、好ましくは、プロービング・チップ１０８の方向へ１２度傾けるが、スプリング・ワイヤ部材２５０がプロービング・チップ１０６及び１０８の外部シールド導体１３０と常に接触しているのであれば、どのような角度でも良い。保持ブロック１９６に形成されたねじ穴で押さえねじ２５８を受けることで、スプリング・ワイヤ部材２５０が差動ＴＤＲ測定プローブ１００に固定される。スプリング・ワイヤ部材２５０には、プロービング・チップ１０６及び１０８間の間隔がどのようになっても、スプリング・ワイヤ部材２５０がプロービング・チップ１０６及び１０８の外部シールド導体１３０と接触できるように、様々に曲がった複数の部分と１つ平らな部分とがある。

図６は、本発明によるグラウンド・クリップ・システムのスプリング・ワイヤ部材２５０の側面図及び平面図である。スプリング・ワイヤ部材２５０は、好ましくは直径0.014インチ（約0.36ミリメータ）のベリリウム銅ワイヤである。スプリング・ワイヤ部材２５０には、一端でほぼ垂直な（略垂直）部分２６２へとつながる横長部分（lateral section）２６０がある。この略垂直部分２６２は、公称角度で横長部分に対して８８度を有している。横長部分２６０の他端には、傾斜部分２６４が略垂直部分２６０と反対の方向に伸びている。傾斜部分２６４は、横長部分２６０に対して９２度から９６度の傾斜があり、好ましくは９６度が良い。この実施例では、横長部分２６０、略垂直部分２６２及び傾斜部分２６４は、図面上に描いた共通の平面２６６内に置かれる。横長部分２６０の公称の長さは、0.181インチ（約4.60ミリメータ）である。略垂直部分２６２の公称の長さは0.104インチ（約2.64ミリメータ）であり、傾斜部分２６４の公称の長さは0.147インチ（3.73ミリメータ）である。

傾斜部分２６４の端部から延びているのは突き出し部分２６８及び扁平部分２７０である。突き出し部分２６８は、平面２６６から公称角度約４５度で離れて延びている。プロービング・チップ１０６及び１０８が直径0.085インチ（約2.16ミリメータ）であるのに対して、突き出し部分２６８の公称の内寸（inside dimension）は0.010インチ（約0.25ミリメータ）である。突き出し部分２６８の内寸は、プロービング・チップ１０６及び１０８の直径に合わせて変わり、プロービング・チップ１０６及び１０８の直径が大きくなれば、突き出し部分２６８の内寸も大きくする必要がある。扁平部分２７０は、突き出し部分２６８から延び、横長部分２６０、略垂直部分２６２及び傾斜部分２６４の共通平面２６６方向へ傾斜している。扁平部分２７０の共通平面に対する角度は、８度から１５度の範囲であり、公称の角度は８度である。扁平部分２７０は、更に、横長部分２６０に対して鈍角を有し、これは１８０度から２度ないし４度を引いた範囲であり、公称の角度は１８０度から２度引いた値である。扁平部分２７０の厚さは、0.0045インチ（約0.11ミリメータ）から0.0060インチ（約0.15ミリメータ）の範囲であり、公称の全長は0.260インチ（約6.60ミリメータ）である。ベリリウム銅のワイヤを扁平させると、その平らな表面に直角な方向に対するワイヤの扁平部分２７０のばね定数が低下する。これは、扁平部分２７０が傾斜部分２６４と突き出し部分２６８の接続部２７２に対して及ぼすねじれ力を低下させる。スプリング・ワイヤ部材２５０は、適切な形状に形成された後、華氏600度（摂氏約316度）で２時間熱処理され、そのベリリウム銅ワイヤの硬度を増加させる。

スプリング・ワイヤ部材２５０の略垂直部分２６２は傾斜のある穴２５２に挿入され、横長部分２６０は保持ブロック１９６と同一面上に置かれ、横長部分２６０の傾斜部分２６４に近い端部はプロービング・チップ１０８に近接する突起部２５４の内側表面にかかって位置決めされる。傾斜部分２６４と突き出し部分２６８の接続部２７２は、プロービング・チップ１０８の外部シールド導体１３０に接する。スプリング・ワイヤ部材２５０を傾斜した穴２５２に挿入することで、傾斜部分２６４には２０度の角度が加わるので、横長部分２６０にはプロービング・チップ１０８から外れようとする傾向が生じる。突起部２５４は、横長部分２６０が外れようとしても保持し、そのため、図７のベクトルＦ₁に示されるように、接続部２７２をプロービング・チップ１０８の外部シールド導体１３０に押しつける強いばね力が維持される。

図７は、本発明によるプロービング・チップ構体１０６及び１０８とグラウンド・クリップ・システムの一部の簡略化した端面図であり、差動ＴＤＲ測定プローブ１００の端部方向に見たものである。プロービング・チップ１０６は、破線の両方向矢印で示されるように、プロービング・チップ１０８に対して移動可能となっている。スプリング・ワイヤ部材２５０の扁平部分２７０は、プロービング・チップ１０６の外部シールド導体１３０と接触（engage）している。プロービング・チップ１０６及び１０８が互いに最も遠い距離に離れると、傾斜部分２６４と突き出し部分２６８の接続部２７２は、プロービング・チップ１０８の外部シールド導体１３０上でプロービング・チップ１０６の方向に配置される。同時に、横長部分２６０と傾斜部分２６４の間の鈍角が増加する。ベリリウム銅ワイヤのばね定数によって、元々の鈍角を維持しようとして、接続部２７２にはベクトルＦ₂で示される力Ｆ₂が生じる。結果として接続部２７２での力のベクトルは、プロービング・チップ１０８の中心信号導体１２８の方向を向く。

破線のプロービング・チップ１０６、扁平部分２７０及び突き出し部分２６８に示されるように、プロービング・チップ１０６がプロービング・チップ１０８の方向へ動くと、スプリング・ワイヤ部材２５０の接続部２７２は、プロービング・チップ１０８の外部シールド導体１３０の表面に沿って動く。スプリング・ワイヤ部材２５０の扁平部分２７０は、スプリング・ワイヤ部材２５０の円形部分に比較して、平らに処理されているために、ばね定数が小さくなっている。このため、扁平部分２７０によって接続部２７２に加えられるねじれの力も小さくなる。この結果、接続部２７２は、プロービング・チップ１０８の外部シールド導体１３０と強い力で接触し続ける。

図８及び図９は、本発明によるグラウンド・クリップ・システム１０２中のスプリング・ワイヤ部材の他の構成例の側面図である。図８及び図９では、先の図と同様の要素には同じ番号を付して説明する。図８及び図９は、横長部分２６０と平行に見ている。図８では、略垂直部分２６２が、横長部分２６０及び傾斜部分２６４を含む共通平面２８０に対して傾斜するよう変更されている。略垂直部分２６２の共通平面２８０に対する角度は、公称で２０度である。保持ブロック１９６中の穴２５２は、２０度傾斜の穴から保持ブロック１９６の表面に対して垂直な穴に変更される。これに代えて、略垂直部分２６２と傾斜した穴２５２の合計角度を２０度として、略垂直部分２６２を共通平面２８０に対して２０度より小さい角度で傾斜させ、穴２５２を２０度より小さい角度で傾斜させてもよい。

図９では、横長部分２６０及び略垂直部分２６２を含む共通平面２８２に対して傾斜部分２６４が傾斜するようにスプリング・ワイヤ部材２５０が変更される。共通平面２８２に対する傾斜部分２６４の角度は、公称では２０度である。保持ブロック１９６中の穴２５２は、２０度傾斜の穴から保持ブロック１９６の表面に対して垂直な穴に変更される。

グラウンド・クリップ・システム１２及び１０２を有する差動測定プローブ１０及び差動ＴＤＲ測定プローブ１００は、プローブで測定される信号に仮想（virtual）グラウンドを提供する。グラウンド・クリップ・システム１２及び１０２を使用することで、従来の差動測定プローブよりも広い２０ＧＨｚにまで達する広帯域を実現できる。

以上、複数の実施例の基づき詳細に述べてきたが、当業者であれば、本発明の原理から離れることなく、種々の変更が可能であることは明らかであろう。

グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動測定プローブの斜視図である。グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動測定プローブの部分分解斜視図である。グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動ＴＤＲ測定プローブの斜視図である。グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動ＴＤＲ測定プローブの部分分解斜視図である。グラウンド・クリップ・システムを有する本発明による差動ＴＤＲ測定プローブの前部の拡大斜視図である。本発明によるグラウンド・クリップ・システムのスプリング・ワイヤ部材の側面図及び平面図である。本発明によるプロービング・チップ構体とグラウンド・クリップ・システムの一部の簡略化した端面図である。本発明によるグラウンド・クリップ・システム中のスプリング・ワイヤ部材の他の構成例の側面図である。本発明によるグラウンド・クリップ・システム中のスプリング・ワイヤ部材の更に他の構成例の側面図である。

符号の説明

１０差動測定プローブ
１２グラウンド・クリップ・システム
１４外部シールド導体
１６外部シールド導体
１８プロービング・チップ
２０プロービング・チップ
２２プロービング・コンタクト
２４プロービング・コンタクト
２６筐体
２８第１プロービング・チップ構体
３０第２プロービング・チップ構体
３２第１筐体部材
３４第２筐体部材
３６半剛性同軸ケーブル
３８半剛性同軸ケーブル
４０絶縁部材
４４半剛性同軸ケーブル
４６半剛性同軸ケーブル
５０第１圧縮ばね
５２第１圧縮ばね
５４保持板
５６横断壁
５８横断壁
６０第２圧縮ばね
６２第２圧縮ばね
６４圧力板
６６開口
６８横断壁
７０横断壁
７２アクチュエータ
７４アクチュエータの突起部
７６開口
８０編組銅
１００差動ＴＤＲ測定プローブ
１０２グラウンド・クリップ・システム
１０４筐体
１０６プロービング・チップ
１０８プロービング・チップ
１１０同軸ねじ式コネクタ
１１２同軸ねじ式コネクタ
１１４第１筐体部材
１１６第２筐体部材
１１８溝（チャンネル）
１２０溝（チャンネル）
１２２第１同軸プローブ構体
１２４第２同軸プローブ構体
１２６半剛性同軸ケーブル
１２８中心信号導体
１３０外部シールド導体
１３２湾曲部分
１３４取付板
１３６回転防止ブロック
１３８回転防止ブロック
１４０回転防止ブロックの溝
１４６第１圧縮要素
１４８第１圧縮要素
１５０圧縮ばね
１５２圧縮ばね保持部材
１５６後方端部壁
１５８後方端部壁
１６０第２圧縮要素
１６２第２圧縮要素
１６４ホッピング・ピン
１６６ホッピング・ピン
１６８ホッピング・ピン
１７０可動電気コンタクト
１７２可動電気コンタクト
１７４可動電気コンタクト
１８０第１圧力センサ
１８２第１電気導電性コンタクト
１８４第２電気導電性コンタクト
１８６保持ブロック
１８８湾曲溝
１９０第２圧力センサ
１９２第１電気導電性コンタクト
１９４第２電気導電性コンタクト
１９６保持ブロック
１９８湾曲溝
２００電気的絶縁部材
２１０調整機構
２１２キャリア
２１４押さえねじ
２１６押さえヘッド
２１８ねじ軸部
２２０筐体部材１１４の穴
２２２溝１１８の凹部
２２４押さえ板
２３０溝１１８の凹部
２３２隙間
２４８測定プローブ前面と垂直な共通平面
２５０ワイヤ部材
２５２穴
２５４突起部
２６０横長部分
２６２略垂直部分
２６４傾斜部分
２６６共通平面
２６８突き出し部分
２７０扁平部分
２７２接続部
２８０横長部分と傾斜部分を含む共通平面
２８２横長部分と略垂直部分を含む共通平面

Claims

筐体内に配置され、測定試験装置に電気的に接続される外部シールド導体及び中心信号導体を夫々有する第１及び第２プロービング・チップ構体であって、互いの相対的間隔を調整可能でかつ同軸方向に移動可能な上記筐体の一端部から延びる第１及び第２プロービング・チップを夫々有し、該第１及び第２プロービング・チップが上記外部シールド導体と上記中心信号導体に接続されたプロービング・コンタクトとから構成されることを特徴とする上記第１及び第２プロービング・チップ構体と、
横長部分、略垂直部分、傾斜部分、突き出し部分及び扁平部分を有するスプリング・ワイヤであって、上記横長部分の一端部が上記略垂直部分に他端部が上記傾斜部分につながり、上記傾斜部分は上記略垂直部分と反対方向に延びると共に上記横長部分に対して傾斜し、上記スプリング・ワイヤの上記横長部分、上記略垂直部分及び上記傾斜部分は共通平面内にあり、上記突き出し部分は上記共通平面に対して鋭角を有して上記傾斜部分の一端部から延び、上記扁平部分は上記スプリング・ワイヤの上記横長部分に対しては鈍角を有し、上記共通平面に対して鋭角を有して上記共通平面の方向へと上記突き出し部分の端部から延びているスプリング・ワイヤから構成され、上記第１及び第２プロービング・チップ構体の上記第１及び第２プロービング・チップの上記プロービング・コンタクトに近接する上記第１及び第２プロービング・チップの上記外部シールド導体の間を接続するグラウンド・クリップと
上記筐体の上記一端部に形成され、上記第１及び第２測定プロービング・チップのどちらか一方の方向に伸び、上記スプリング・ワイヤの上記略垂直部分を受ける傾斜した穴と、
側面を有し、上記第１及び第２測定プロービング・チップのどちらか一方に近接して上記筐体の上記一端部から突き出た突起部とを具え、
上記スプリング・ワイヤの上記傾斜部分に近接する上記横長部分の端部が上記測定プロービング・チップに面する上記突起部の上記側面に接し、上記スプリング・ワイヤの上記傾斜部分及び上記突き出し部分の接続部が上記第１及び第２測定プロービング・チップの上記外部シールド導体の一方と接触し、上記スプリング・ワイヤの上記扁平部分が上記第１及び第２測定プロービング・チップの上記シールド導体の他方と接触することを特徴とする差動測定プローブ。