TWI509259B - 傳導式電流探頭 - Google Patents

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Description

傳導式電流探頭
本發明係有關於一種傳導式電流探頭，特別是一種傳導式電流探頭可以降低因電流探頭之寄生電感的影響而導致電流探頭量測時造成的量測錯誤。
隨著積體電路(Integrated Circuit，IC)的縮減尺寸以及日益增加的晶體管數量，允許積體電路以低功率消耗方式高速操作，因而使積體電路的電磁相容性(electromagnetic compatibility，EMC)日益重要。積體電路的高性能不僅會伴隨著雜訊的產生，還使積體電路變的十分敏感且容易受到干擾。因此需要針對積體電路的雜訊放射(emission)以及雜訊耐受性(immunity)進行量測，以確保積體電路的正常運作。
依據電磁波的傳輸類型，測試方法可進一步分為輻射量測或傳導量測，而描述積體電路之傳導發射的量測方法稱為1Ω/150Ω直接耦合法(direct coupling method)。直接耦合法確保積體電路之電磁輻射的測量具有高重複性(repeatability)和相關性(correlation)。由於電磁輻射是由積體電路內部的電流/電壓快速變化所引起，量測所得的射頻(Radio Frequency，RF) 電流/電壓分佈，並通過芯片與電路板上的無源分配網絡(Passive Distribution Network，PDN)形成一迴圈可將其視成為一環形天線而放射出去。為了分析射頻電流/電壓，其中兩種量測方法分別為1歐姆(1Ω)量測與150歐姆(150Ω)量測。使用若干塊狀部件構成的電流探頭使得在某些積體電路引腳上容易觀察其電磁效應特性。
所有的射頻電流皆有其流出和回流至IC的循環路徑。返回路徑大多是通過接地平面或電源面，然後回到IC的接地引腳而形成一迴圈。因此，IC的接地引腳為測量射頻返回電流的最佳位置。第1圖係顯示傳統之測試系統的電路圖。如第1圖所示，1Ω電阻的電流探頭102插入IC104的接地引腳106和接地點108之間以測量通過探頭之1Ω電阻的RF電流。藉由測試接收機110量測從所有的RF電流返回到積體電路所產生的RF電壓。如第2圖所示，具有兩個端口的1Ω探頭20是由一個1Ω電阻202和一個49Ω電阻204所組成。在1Ω電阻202的一端連接到積體電路的接地引腳，而另一端連接到接地端。此49Ω電阻設置在IC的接地引腳和具有50Ω輸入阻抗的測試接收機之間。藉由上述的設置，達到50Ω(49Ω加上1Ω)阻抗匹配從而滿足尋找測試接收機的最大功率傳輸。從接地引腳端，1Ω電阻202提供IC工作的低阻抗電流通路。最後，將量測到的射頻電流經過電流探頭轉為射頻電壓形式，並由測試接收機進行測量。
由於電子裝置的微小化趨勢，表面黏著技術(surface mounted device(SMD))為目前實現印刷電路板(PCB)設計的最佳方案，相較於高頻或高速應用的穿板引腳，表面黏著技術的無引腳特性減少了不必要的寄生，但寄生或多或少還是存在。第3圖係顯示一個由SMD製程所產 生的1Ω電阻之高頻等效電路圖。如第3圖所示，電容表示接觸墊兩端的耦合量，電阻302表示固有電阻，電感304是由有限長度電阻和接觸墊所形成。這些寄生值可被測量或由製造商提供。不幸的是，不同於常用於RF和微波應用的電感器和電容器，電阻規格表不提供詳細頻率響應的特性。有時只提供有限的信息，例如只有低頻帶的結果，或者其他一些不充足的訊息以供估算。特別是對於一個低阻值的電阻，在低頻段的阻抗中電感佔有主導地位。因此，元件選擇的估算依賴基本的元件分析。通過測量電阻的S參數，可區分其實部和虛部，使用者可以從不同的供應商中選擇合適的組件來設計電路。
綜上所述，設計1Ω電阻之電流探頭的電路是需要的，無須依賴供應商所能提供的電阻資訊，同樣可降低等效電路中寄生電感的影響。
本發明的目的在設計一種電流探頭，無須耗費太多成本就可以改善傳統電流探頭之1Ω電阻等效電路的寄生電感所造成的量測誤差。
根據上述的目的，本發明揭露一種傳導式電流探頭，其包含複數個第一電阻、至少一第二電阻、第一接頭與第二接頭。該些第一電阻並聯連接以形成具有1Ω電阻值的電阻；第二電阻的電阻值為49Ω，且該些第一電阻與該第二電阻串接。第一接頭連接待測積體電路(Integrated Circuit，IC)的測試端點，第二接頭透過同軸電纜線與測試接收機連接。
本發明的另一目的在提供一種電流探頭，不但可以消除在高頻率不必要的寄生，且可以將電流探頭的功率承載能力提升。
根據上述的目的，本發明揭露一種傳導式電流探頭，其包含複數個第一電阻、第二電阻、第一接頭與第二街頭。該些第一電阻並聯連接以形成具有1Ω電阻值的電阻，該些第一電阻分為兩組，且分別設置於該電流探頭之接地平面的兩側；第二電阻的電阻值為49Ω，且該些第一電阻與該第二電阻串接；第一接頭連接待測積體電路(Integrated Circuit，IC)的測試端點，第二接頭透過同軸電纜線與測試接收機連接。其中該些第一電阻以並聯連接以降低該些第一電阻之等效電路的寄生電感，且提升該電流探頭的功率承載能力。
102‧‧‧電流探頭
104‧‧‧積體電路
106‧‧‧接地引腳
108‧‧‧接地點
110‧‧‧測試接收機
302‧‧‧電阻
304‧‧‧電感
40‧‧‧1Ω電阻
402‧‧‧10Ω電阻
50‧‧‧電流探頭
502‧‧‧第一電阻
504‧‧‧第二電阻
506‧‧‧第一接頭
508‧‧‧第二接頭
602‧‧‧校準基板
6022‧‧‧輸入端
6024‧‧‧輸出端
604‧‧‧電流探頭
6042‧‧‧輸入端
6044‧‧‧輸出端
606‧‧‧測試接收機
第1圖係顯示傳統之測試系統的電路圖；第2圖係顯示傳統之電流探頭的電路圖；第3圖係顯示一個傳統電流探頭之1Ω電阻的高頻等效電路圖；第4圖係顯示本發明實施例的電流探頭的1Ω電阻的示意圖；第5圖係顯示本發明之電流探頭的方塊圖；第6圖係顯示本發明之1Ω電流探頭與校準板連接的示意圖；第7A圖係顯示本發明之電流探頭應滿足的規格表；第7B圖係顯示本發明之電流探頭之插入耗損的頻率響應圖；第7C圖係顯示本發明之電流探頭的去耦合的頻率響應圖；以及第7D圖係顯示本發明之電流探頭的輸出阻抗的頻率響應圖。
以下結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。在此需要注意的是，不同的圖示中，相同的元件符號表示相同或相似的元件。以下所提及之附加圖式的面方向定義為垂直於該平面的法向量。在此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
第4圖係顯示本發明實施例之電流探頭的1Ω電阻40的示意圖。在本發明中，根據多個元件分流的屬性，將1Ω電阻40的整體電阻分成多個單一元件。因此，如第4圖所示，將十個具有10Ω電阻值的電阻402並聯連接，以形成1Ω電阻40。在本發明的較佳實施例中，將十個具有10Ω電阻值的電阻402分為兩組，以五個10Ω電阻402為一組分別將其安裝在接地平面404的每一側，從而節省總尺寸。此外，理論上，並聯帶來的另一優勢是可以提高比單個1Ω電阻N倍(N為正整數)的額定功率。這種結構可實現1Ω電流探頭，除了將元件分流外，本發明之電流探頭的電路佈局和位置也不同於傳統方式。在本發明的電流探頭中，使用共面波導(coplanar-waveguide，CPW)傳輸線來保持50Ω的特性阻抗，消除在高頻率不必要的寄生。具有接地平面的共面波導結構位於信號路徑的兩側使其易於並聯連接。此外，與微波傳輸帶線式傳輸線相比，其電流返回路徑乃經由基板至背面金屬接地，會增加寄生電感，而本設計縮短了返回路徑。然而，在此需要說明的是，在本發明的實施例中是以十個10Ω電阻402並聯以形成一個1Ω電阻40，在不同實施例中，可以不同歐姆值之任何數量的電阻並聯以形成1Ω電阻40，在此並不侷限一定要以十個10Ω電阻402並聯以形成一個1Ω電阻40。
第5圖係顯示本發明之電流探頭的方塊 圖。如第5圖所示，此 電流探頭50包含多個第一電阻502、至少一個第二電阻504、第一接頭506與第二接頭508。多個第一電阻502以並聯的方式連接以形成具有1Ω電阻值的電阻，而第二電阻504的電阻值為49Ω。在本發明中，第二電阻504可以由一個具有49Ω電阻值的電阻所組成，也可以由多個總合為49Ω電阻值的電阻所組成，在此並不侷限。第一電阻502與第二電阻504串接以形成具有50Ω電阻值的電阻。第一接頭506連接待測積體電路(Integrated Circuit，IC)的測試端點且連接於該電流探頭之並聯第一電阻502的兩端，且第一接頭506較佳為微波高頻(Small A Type，SMA)接頭與待測IC電性連接，但在不同實施例中，第一接頭506也可以是同軸接頭，在此並不侷限。第二接頭508連接於該電流探頭之第一電阻與第二電阻串接後的兩端且透過同軸電纜線與一測試接收機連接。而且此1Ω電阻的電流探頭50是以表面黏著元件(Surface Mount Device，SMD)的方式以及印刷電路板的方式製成，成本便宜，在測試結束後，可以將電流探棒50移除，重複使用。
第6圖係顯示本發明之1Ω電流探頭與校準基板連接的示意圖。校準基板(calibration board)602的輸入端6022連接到信號源，校準基板602為設置待測積體電路的基板。將電流探頭604的輸入端6042連接到校準基板602的輸出端6024，電流探頭604的輸出端6044連接到測試接收機606。如第6圖所示，測試接收機606(如向量網絡分析儀等)可用於執行此測試。當夾具在校準基板602的短路或開路狀態，兩種測量都將被執行。當夾具在短路狀態所測得的插入損耗稱為探頭604的靈敏度。靈敏度是需要表現出超過1GHz的頻率響應。在給定的範圍中，從-34dB±2dB的變化是允許的。透過本發明的電流探頭604，因為其1Ω電阻是以多個電阻並聯而成，可以降低1Ω 電阻的等效電路之寄生電感造成量測誤差的結果，也可以讓1Ω電阻之電流探頭604的功率承載能力提升。
第7A圖係顯示本發明之電流探頭的規格表。由第7A圖可以看出，本發明的電流探頭在規格表的所有項目中進行量測並驗證，證明其符合直接耦合法使用，且為經認證的電流探頭。當夾具處於開路狀態，執行另一個插入損耗(Insertion Loss)，本發明之電流探頭的插入耗損的量測結果如第7B圖所示。藉由將之前所量測到的靈敏度減去此數據，該差值稱之為去耦合(decoupling)，其與信號源的品質特性有關，也代表電流探頭的屏蔽能力。本發明之電流探頭的去耦合特性顯示於第7C圖中，極限曲線(虛線)對應在標準頻率的顯示。另外，電流探頭的輸出阻抗也為檢查項目之一，本發明之電流探頭的輸出阻抗的檢測結果顯示於第7D圖中，其描述本發明的電流探頭的阻抗在測試接收端應接近50Ω，以保持阻抗的匹配狀況。結果顯示輸出阻抗符合在1GHz內從40Ω到60Ω的限制範圍。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧電流探頭
502‧‧‧第一電阻
504‧‧‧第二電阻
506‧‧‧第一接頭
508‧‧‧第二接頭

Claims (9)

  1. 一種傳導式電流探頭，其包含：複數個第一電阻，該些第一電阻以並聯方式連接形成具有1Ω電阻值的電阻；至少一第二電阻，其電阻值為49Ω，該些第一電阻與該第二電阻串接；第一接頭連接待測積體電路(Integrated Circuit，IC)的測試端點且連接於該電流探頭之並聯第一電阻的兩端；以及第二接頭連接於該電流探頭之第一電阻與第二電阻串接後的兩端且透過同軸電纜線與測試接收機連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻以並聯連接以降低該些第一電阻之等效電路的寄生電感。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻以並聯連接以提升該電流探頭的功率承載能力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻分為兩組並分別設置於該電流探頭之接地平面的兩側。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻與該第二電阻藉由共面波導(coplanar-waveguide，CPW)傳輸線電性連接。
  6. 一種傳導式電流探頭，其包含：複數個第一電阻，該些第一電阻以並聯方式連接形成具有1Ω電阻值的電阻，該些第一電阻分為兩組，且分別設置於該電流探頭之接地平面的兩側；至少一第二電阻，其電阻值為49Ω，且該些第一電阻與該第二電阻串接；第一接頭連接待測積體電路(Integrated Circuit，IC)的測試端點且連接於該電流探頭之並聯第一電阻的兩端；以及第二接頭連接於該電流探頭之第一電阻與第二電阻串接後的兩端且透過同軸電纜線與測試接收機連接；其中該些第一電阻以並聯連接以降低該些第一電阻之等效電路的寄生電感，且提升該電流探頭的功率承載能力。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻以相同或不同歐姆值之複數個電阻並聯以形成1Ω電阻值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之傳導式電流探頭，其中該些第一電阻與該第二電阻藉由共面波導(coplanar-waveguide，CPW)傳輸線電性連接。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之傳導式電流探頭，其中該電流探頭是以表面黏著元件(Surface Mount Device，SMD)以及印刷電路板(Print Circuit Board，PCB)的方式製成。
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