DE112007001399T5

DE112007001399T5 - Messfühler für differentielle Signale mit integrierter Symmetrieschaltung

Info

Publication number: DE112007001399T5
Application number: DE112007001399T
Authority: DE
Inventors: Richard L. Portland Campbell; Eric W. Portland Strid; Michael Hillsboro Andrews
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-05-07
Also published as: US7609077B2; WO2007146285A3; US20080012591A1; DE202007018733U1; WO2007146285A2

Abstract

Messfühler zum Verbinden einer Senke eines differentiellen Signals, die eine erste Senke des differentiellen Signals und eine zweite Senke des differentiellen Signals umfasst, mit einer Quelle eines asymmetrischen Signals und, alternativ, einer Quelle eines differentiellen Signals, die eine erste Quelle des differentiellen Signals und eine zweite Quelle des differentiellen Signals umfasst, mit einer Senke eines asymmetrischen Signals, wobei der Messfühler aufweist:
(a) ein längliches Koaxialkabel mit:
(i) einem rohrförmigen äußeren Leiter mit einer äußeren Oberfläche, einer inneren Oberfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit der ersten Quelle des differentiellen Signals verbindbar ist und das zweite Ende mit der Senke des asymmetrischen Signals verbindbar ist und, alternativ, das erste Ende mit der ersten Senke des differentiellen Signal verbindbar ist und das zweite Ende mit der Quelle des asymmetrischen Signals verbindbar ist; und
(ii) einem innerhalb der inneren Oberfläche des äußeren Leiters angeordneten...

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Wirkung der am 9. Juni 2006 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/812,150.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Messfühlermesssysteme zum Testen integrierter Schaltungen und anderer mikroelektronischer Vorrichtungen und insbesondere Messfühlermesssysteme, die differentielle Signale zum Testen von Schaltkreisen und Vorrichtungen verwenden.
Integrierte Schaltkreise (ICs; engl.: Integrated circuits) und andere mikroelektronische Vorrichtungen werden auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe (engl.: wafer) oder einem Substrat hergestellt und verwenden üblicherweise asymmetrische bzw. einpolig geerdete (engl.: single-ended) oder auf Masse bezogene Signale, die auf eine Masseebene an der unteren Oberfläche des Substrats bezogen sind, auf dem die aktiven und passiven Vorrichtungen des Schaltkreises hergestellt sind. Als ein Ergebnis des physikalischen Aufbaus der Vorrichtungen einer integrierten Schaltung existieren zwischen vielen der Teile der einzelnen Vorrichtungen und zwischen Teilen der Vorrichtungen und der Halbleiterscheibe, auf welcher die Vorrichtungen hergestellt sind, parasitäre Verbindungen. Diese Verbindungen sind üblicherweise kapazitiver und/oder induktiver Natur und weisen frequenzabhängige Impedanzen auf. Zum Beispiel sind typischerweise die Anschlüsse von auf halbleitenden Substraten oder Halbleiterscheiben hergestellten Transistoren durch das Substrat kapazitiv mit der Masseebene verbunden und bei höheren Frequenzen werden das Massepotential und die wahre Natur von auf Masse bezogenen Signalen unsicher. Differentielle Signale verwendende symmetrische Vorrichtungen sind schlechter Hochfrequenz(HF)-Erdung gegenüber toleranter als asymmetrische (engl: single-ended, deutsch auch: einpolig geerdete) Vorrichtungen, was sie zunehmend attraktiv macht, da ICs bei höheren und höheren Frequenzen betrieben werden.
Bezugnehmend auf 1 ist eine differentielle Verstärkerzelle 20 eine symmetrische Vorrichtung mit zwei nominell identischen Schaltkreishälften 20A, 20B. Wenn sie mit Gleichstrom vorgespannt ist, z. B. mit einem von einer Gleichstrom(DC; engl.: direct current)-Quelle 22 stammenden Strom, und mit einem Signal im differentiellen Modus angeregt wird, das Takt- und Gegentaktmoduskomponenten (engl.: even and odd mode components) gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase aufweist (S_i ⁺¹ und S_i ^–1), wird an der symmetrischen Achse 26 der zwei Schaltkreishälften eine virtuelle Masse erzeugt. An der virtuellen Masse ändert sich das Potential bei der Betriebsfrequenz unabhängig von der Amplitude des anregenden Signals nicht über die Zeit. Die Qualität der virtuellen Masse einer symmetrischen Vorrichtung ist unabhängig von dem physikalischen Massepfad, was symmetrische oder differentielle Schaltkreise in die Lage versetzt, eine schlechte HF-Erdung besser als Schaltkreise zu tolerieren, die mit asymmetrischen Signalen betrieben werden. Darüber hinaus stellen die zweikomponentigen Wellenformen des differentiellen Ausgabesignals (S_o ⁺¹ und S_o ^–1) gegenseitige Referenzen dar, was es digitalen Vorrichtungen ermöglicht, schneller zu arbeiten, mit einer größeren Sicherheit beim Übergehen von einem Binärwert zu dem anderen und mit einer verringerten Spannungsschwankung für das Signal. Darüber hinaus weisen symmetrische oder differentielle Schaltkreise eine gute Immunität gegen Rauschen von externen Quellen wie etwa benachbarten Leitern auf, da Rauschen dazu neigt, elektrisch und elektromagnetisch an den Gleichtaktmodus zu koppeln und sich in dem differentiellen Modus aufzuheben. Die verringerte Anfälligkeit gegenüber Rauschen erstreckt sich auf geradzahlharmonische Frequenzen, da Signale, die gegenüberliegende Phasen bei der Fundamentalfrequenz aufweisen, sich bei den geradzahligen Harmonischen in Phase befinden.
Auf die Herstellung der ICs folgend werden die einzelnen Rohchips, auf denen die ICs hergestellt sind, getrennt oder vereinzelt und in einem Gehäuse eingeschlossen, das elektrische Verbindungen zwischen der Gehäuseaußenseite und der Schaltung auf dem eingeschlossenen Rohchip bereitstellt. Das Trennen und Einhausen eines Rohchips beansprucht einen beträchtlichen Anteil der Herstellungskosten einer Vorrichtung, die einen IC aufweist, und Hersteller fügen um den IC-Herstellungsprozess zu überwachen und zu kontrollieren und die Kosten des Einhausens von Rohchips mit Defekten zu vermeiden, der Halbleiterscheibe üblicherweise elektrische Schaltungen oder Teststrukturen hinzu, um ein On-Wafer-Testen oder "Prüfen" (engl.: "probing") zum Verifizieren von Eigenschaften von Elementen der integrierten Schaltkreise zu ermöglichen, bevor die Rohchips vereinzelt werden. Eine Teststruktur umfasst typischerweise eine zu testende Vorrichtung (DUT; engl.: device-under-test) 30, mehrere an der Oberfläche der Halbleiterscheibe aufgebrachte metallische Messfühler- oder Bondinganschlussflächen 32 und mehrere leitende Durchgänge oder Durchkontaktierungen 34, welche die Bondinganschlussflächen mit der DUT verbinden, die typi scherweise unterhalb der Oberfläche der Halbleiterscheibe mit dem gleichen Verfahren hergestellt ist, das dazu verwendet wird, die entsprechenden Bestandteile des vermarktbaren IC herzustellen. Die DUT umfasst typischerweise einen einfachen Schaltkreis, der eine Kopie eines oder mehrerer der Basiselemente der vermarktbaren integrierten Schaltung umfasst, wie etwa eine einzelne Leitung leitenden Materials, eine Reihe von Durchgängen oder einen einzelnen Transistor. Da die Schaltkreiselemente der DUT mit dem gleichen Verfahren hergestellt werden wie die entsprechenden Elemente der vermarktbaren integrierten Schaltungen, ist zu erwarten, dass die elektrischen Eigenschaften der DUT für die elektrischen Eigenschaften der entsprechenden Komponenten der vermarktbaren integrierten Schaltung repräsentativ sind.
Die DUT der Teststruktur 40 umfasst die differentielle Verstärkerzelle 20, eine übliche elementare Vorrichtung symmetrischer oder differentieller Schaltkreise. Eine differentielle Verstärkerzelle hat fünf Anschlüsse, vier Signalanschlüsse und einen Vorspannungsanschluss, durch welchen die Transistoren der differentiellen Zelle vorgespannt sind. Die vier Signalanschlüsse umfassen zwei Eingangsanschlüsse, um die Takt- und Gegentaktmoduskomponenten des differentiellen Eingangssignals von einer Signalquelle zu empfangen, und zwei Ausgangsanschlüsse, um die Takt- und Gegentaktmoduskomponenten des differentiellen Ausgangssignals von der differentiellen Verstärkerzelle zu einer Signalsenke zu übertragen. Üblicherweise werden beim Prüfen einer Teststruktur, die eine differentielle oder symmetrische Vorrichtung umfasst, zwei Messfühler 42, 44 verwendet. Ein Messfühler leitet typischerweise die Signale von der Signalquelle zu den Messfühlerkontakten der Teststruktur und der zweite Messfühler leitet die Signale von der Teststruktur zu der Signalsenke. Typischerweise weist einer der zwei Messfühler mindestens drei Messfühlerspitzen auf, in einer Signal-Masse-Signal-Anordnung, um zwei der Komponenten eines differentiellen Signals zu leiten und die Transistoren der differentiellen Zelle vorzuspannen.
ICs werden typischerweise auf der Halbleiterscheibe (engl.: "on-wafer") durch Anlegen eines von einem Testinstrument erzeugten Signals an die Teststruktur und Messen der Antwort der Teststruktur auf das Signal charakterisiert. Bezugnehmend auf 2 wird bei höheren Frequenzen eine Charakterisierung auf der Halbleiterscheibe üblicherweise mit einem Netzwerkanalysator 100 durchgeführt. Ein Netzwerkanalysator umfasst eine Quelle 102 eines Wechselstrom(AC; engl.: alternating current)-Signals, oft eines Hochfrequenz(HF)-Signals, die dazu verwendet wird, die DUT 30 einer Teststruktur anzuregen. Direktionale Koppler oder Brücken nehmen die sich vorwärts zu der Teststruktur hin oder rückwärts von dieser weg bewegenden Wellen auf und leiten sie zu einer Signalsenke 104, wo sie in Abschnitte mittlerer Frequenz (IF; engl.: intermediate frequency) herunterkonvertiert, gefiltert, verstärkt und digitalisiert werden. Das Ergebnis des Signalbearbeitens in dem Netzwerkanalysator sind mehrere s-Parameter (Streuparameter; engl.: scattering parameters), das Verhältnis einer normalisierten Wellengröße (engl.: normalized power wave), welches die Antwort der DUT auf die normalisierte Wellengröße mit der durch die Signalquelle bereitgestellten Anregung umfasst, die die Antwort der DUT auf das anregende Signal registrieren. Ein Vorwärts/Rückwärtsschalter (engl.: forward-reverse switch) 106 ermöglicht das Umkehren der Verbindungen zwischen dem/den Messfühler/n und dem Netzwerkanalysator, so dass die jeweiligen Paare von das Eingangssignal empfangenden und das Ausgabesignal übertragenden Messfühleranschlussflächen umgekehrt werden können.
Beim Testen differentieller Vorrichtungen ist ein Netzwerkanalysator mit vier Anschlüssen (engl.: four-port network analysator) wünschenswert, da er differentielle Signale ausgeben und empfangen kann, was eine Mischmodusanalyse der Vorrichtungen ermöglicht. Netzwerkanalysatoren mit vier Anschlüssen sind jedoch verhältnismäßig unüblich und teuer. Netzwerkanalysatoren mit zwei Anschlüssen sind weiter verbreitet und werden oft beim Testen von differentiellen Vorrichtungen verwendet. Netzwerkanalysatoren mit zwei Anschlüssen geben jedoch asymmetrische bzw. einpolig geerdete Signale aus und empfangen eben solche, die in differentielle Signale oder aus diesen umgewandelt werden müssen, um die symmetrische Vorrichtung anzuregen und deren Ausgabe zu analysieren.
Das durch den Netzwerkanalysator ausgegebene asymmetrische Signal kann einen Gleichspannungsversatz umfassen. Wenn dies der Fall ist, wird das Ausgabesignal in üblicher Weise zu einer Vorspannungsverzweigung 108 geleitet, welche einen Kondensator 110 in Serie mit dem Hochfrequenz(HF)-Anschluss 112 der Vorspannungsverzweigung und eine Induktivität 114 in Serie mit einem Gleichstromanschluss 116 umfasst. Der Kondensator blockiert die Übertragung der Gleichstromkomponente des Signals von dem Hochfrequenzanschluss und die Induktivität blockiert die Übertragung des modulierten Signals von dem Gleichstromanschluss, erlaubt aber die Übertragung des Gleichstromanteils des Signals. Der Gleichstromanschluss der Vorspannungsverzweigung 108 ist durch die Vorspannungsmessfühlerspitze 140 mit der Vorspannungsmessfühleranschlussfläche 150 der Teststruktur verbunden, was es ermöglicht, die Transistoren der differentiellen Zelle mit der Gleichstromkomponente des Ausgangssignals des Netzwerkanalysators vorzuspannen.
Das modulierte Signal von dem HF-Anschluss der Vorspannungsverzweigung 108 wird zu einer Symmetrieschaltung (engl.: balun) 120 geleitet, welche das asymmetrische Signal in ein symmetrisches oder differentielles Signal mit zwei differentiellen Signalkomponenten (S_i ⁺¹ und S_i ^–1) mit im Wesentlichen der gleichen Amplitude aber entgegengesetzter Phase umwandelt. Typischerweise werden die zwei Komponenten des differentiellen Signals über ein Koaxialkabel von der Symmetrieschaltung zu zugehörigen Signalmessfühlerspitzen 146, 148 eines Messfühlers 42 übertragen, welcher einen Übergang von dem Signalpfad des Koaxialkabels zu dem Signalpfad der Messfühleranschlussflächen der Teststruktur bietet. Der Messfühler ist relativ zu der Teststruktur beweglich, so dass jede der Messfühlerspitzen bei zugehörigen Messfühlerkontakten angeordnet sein kann, die mit der DUT verbunden sind.
Die DUT dient als Senke für die differentiellen Eingabesignale und gibt die differentiellen Ausgabesignalkomponenten (S_o ⁺¹ und S_o ^–1) aus, welche zu zugehörigen Messfühleranschlussflächen 152, 154 der differentiellen Verstärkerzelle geleitet werden. Die Komponenten der Ausgabesignale werden zu einer Symmetrieschaltung 122 übertragen, welche die differentiellen Signalkomponenten in ein asymmetrisches Signal umwandelt, das zum Verarbeiten, Analysieren und Anzeigen zu der Signalsenke 104 des Netzwerkanalysators übertragen wird.
Eine zum Umwandeln von asymmetrischen Signalen in differentielle Signale und umgekehrt verwendete Symmetrieschaltung ist üblicherweise ein Transformator mit einer asymmetrischen Verbindung zu einer der Wicklungen und einer symmetrischen Verbindung zu der anderen Wicklung, und ist typischerweise eine teure Vorrichtung. Ferner sind Symmetrieschaltungen typischerweise im Verhältnis zu dem Messfühler groß und sind üblicherweise entfernt angeordnet und mit dem Messfühler durch ein Koaxialkabel verbunden, was das Anordnen der Testinstrumentierung verkompliziert. Daher ist ein Messfühler gewünscht, der eine Symmetrieschaltung umfasst und das Verwenden eines Netzwerkanalysators mit zwei Anschlüssen ermöglicht, wenn differentielle Schaltkreise geprüft werden, um die Kosten zu verringern und das Einrichten der Messinstrumentierung zu vereinfachen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Substrats mit einer differentiellen Teststruktur.
2 ist eine schematische Darstellung eines Systems zum Prüfen einer differentiellen Teststruktur.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Messfühlers mit einer integrierten Symmetrieschaltung.
4 ist eine Schnittansicht des Messfühlers aus 3 entlang der Linie A-A.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Messfühlerkopfs und eines freien Endes eines Koaxialkabels des Messfühlers aus 3.
6 ist eine Schnittansicht des Messfühlerkopfes und des freien Endes des Koaxialkabels aus 5 entlang der Linie B-B.
7 ist eine schematische Ansicht von Stromflüssen in einem Koaxialkabel.
8 ist eine graphische Darstellung der Induktivität über der Frequenz für mehrere magnetisch permeable Materialien.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Messfühlers mit einer integrierten Symmetrieschaltung, der eine Vorspannungsverbindung umfasst.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Messfühlerkopfes und von Leitern des Messfühlers aus 9.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Integrität eines Herstellungsprozesses für integrierte Schaltkreise (IC) wird üblicherweise durch Herstellen mehrerer Teststrukturen auf einer Halbleiterscheibe getestet, die eine oder mehrere vermarktbare ICs umfasst. Die Teststrukturen werden die gleichen Verfahren verwendend hergestellt, die zum Herstellen der vermarktbaren ICs verwendet werden. Durch Anregen der Teststruktur mit einem durch ein Testinstrument erzeugten Signal und Aufnehmen der Antwort der Teststruktur wird auf Eigenschaften der vermarktbaren ICs geschlossen. Obwohl Teststrukturen typischerweise einfache Schaltkreise sind, wird erwartet, dass die Antwort von in den komplexeren vermarktbaren ICs eingebauten ähnlichen Vorrichtungen ähnlich der Antwort der Teststruktur ist, da die Vorrichtungen in den vermarktbaren ICs und ähnliche Vorrichtungen in den Teststrukturen mit dem gleichen Verfahren hergestellt sind.
Im Detail Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Teile durch gleiche Bezugszeichen identifiziert sind, und insbesondere auf 1, umfasst eine Teststruktur 40 üblicherweise mehrere leitende Bonding- oder Messfühleranschlussflächen 32, die auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe oder einem Substrat 50 abgelagert sind, eine zu testende Vorrichtung oder DUT 30, typischerweise einen einfachen Schaltkreis, der Schaltkreiselemente umfasst, die durch das gleiche Verfahren und in den gleichen Schichten der Halbleiterscheibe erzeugt worden sind wie entsprechende Komponenten der vermarktbaren ICs, und mehrere leitende Durchgänge 34, welche die Messfühleranschlussflächen und die Elemente der DUT verbinden. Die beispielhafte Teststruktur 40 umfasst eine DUT, welche eine differentielle Verstärkerzelle 20 umfasst, ein übliches Schaltungselement, welches differentielle Signale verwendet. Differentielles Signalisieren verwendende Schaltkreise werden immer üblicher, insbesondere für Anwendungen höherer Frequenz. Verglichen mit Vorrichtungen, welche asymmetrische Signale verwenden, arbeiten differentielles Signalisieren verwendende oder symmetrische Vorrichtungen üblicherweise bei niedrigeren Leistungsniveaus, bieten für Binärvorrichtungen einen schnelleren Zustandsübergang, weisen eine größere Immunität gegenüber Rauschen und verringerte Anfälligkeit für elektromagnetisches Koppeln auf und sind toleranter gegenüber schlechten Erdungsbedingungen, welche üblicherweise angetroffen werden, wenn integrierte Schaltkreise bei höheren Frequenzen betrieben werden.
Die beispielhafte differentielle Verstärkerzelle 20 umfasst zwei im Wesentlichen identische Feldeffekt-(JFET; engl.: junction field effect transistor)-Transistoren 52A und 52B. Eine DUT umfasst typischerweise jedoch den in den auf der Halbleiterscheibe hergestellten vermarktbaren integrierten Schaltkreisen entsprechende Komponenten und es können andere Arten von Transistoren, wie Bipolartransistoren (BJT; engl.: bipolar junction transistor) oder MOSFET(engl.: metal Oxide semiconductor fieldeffect transistor; deutsch: Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Transistoren bei der Herstellung einer differentiellen Verstärkerzelle einer Teststruktur verwendet werden. Außerdem können zusätzliche aktive oder passive Schaltkreiselemente in der Teststruktur vorgesehen sein. Die Teststruktur umfasst fünf Messfühleranschlussflächen 150, 152, 154, 156 und 158, durch welche die Transistoren der DUT vorgespannt sind und durch welche die zwei Komponenten der differentiellen Eingangs- und Ausgangssignale zu und von der Teststruktur übertragen werden. Die Quellenanschlüsse (engl.: source terminals) der Transistoren der differentiellen Verstärker zelle sind als ein Transistorvorspannungsanschluss miteinander verbunden, welcher mit einer Vorspannungsmessfühleranschlussfläche 150 verbunden ist. Die Gateanschlüsse der Transistoren sind jeweils mit Messfühleranschlussflächen 156, 158 eines ersten Paares von Signalmessfühleranschlussflächen verbunden und die Drainanschlüsse der Transistoren sind jeweils mit den Messfühleranschlussflächen 152, 154 des zweiten Paars von Signalmessfühleranschlussflächen verbunden. Ein Eingangssignal im differentiellen Modus, welches eine Taktmoduskomponente (S_i ⁺¹) und eine Gegentaktmoduskomponente (S_i ^–1) mit im Wesentlichen der gleichen Amplitude, aber der entgegengesetzten Phase der Taktmoduskomponente, wird an ein Paar von Signalmessfühleranschlussflächen angelegt, z. B. die Messfühleranschlussflächen 156 und 158, was die differentielle Verstärkerzelle dazu bringt, von den Messfühleranschlussflächen 152 und 154 des anderen Paares von Signalmessfühleranschlussflächen ein Ausgabesignal im differentiellen Modus mit einer Taktmoduskomponente (S_o ⁺¹) und einer Gegentaktmoduskomponente (S_o ^–1) auszugeben. Umgekehrt kann die DUT durch Einspeisen der Eingangssignalkomponenten in die Messfühleranschlussflächen 152 und 154 und Beziehen der Ausgabesignale von den Messfühleranschlussflächen 156 und 158 getestet werden.
Während das Verwenden differentieller Signale eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt, kann das Testen von Schaltkreisen unter Verwendung differentieller Signale komplizierter sein als Schaltkreise unter Verwendung asymmetrischer Signale zu testen, da die beim Testen auf einer Halbleiterscheibe verwendete Testinstrumentierung üblicherweise nur asymmetrische Signale überträgt und empfängt. Ein Netzwerkanalysator mit vier Anschlüssen kann differentielle Signale ausgeben, was unmittelbar eine Mischmodusanalyse von differentiellen Teststrukturen erlaubt, jedoch sind Netzwerkanalysatoren mit vier Anschlüssen verhältnismäßig selten und teuer. Netzwerkanalysatoren mit zwei Anschlüssen sind weiter verbreitet und günstiger und werden üblicherweise zum Testen von differentiellen Vorrichtungen verwendet, aber die durch den Netzwerkanalysator ausgegebenen asymmetrischen Signale müssen in differentielle Signale für eine Eingabe in eine differentielle Teststruktur umgewandelt werden, und die differentiellen Ausgabesignale der Teststruktur müssen in asymmetrische Signale zur Eingabe in die Signalsenke des Netzwerkanalysators umgewandelt werden.
Bezug nehmend auf 2 umfasst ein Netzwerkanalysator 100 mit zwei Anschlüssen eine Signalquelle 102, welche ein asymmetrisches Signal ausgibt, und eine Signalsenke 104, welche ein von der DUT 30 einer Teststruktur übertragenes asymmetrisches Signal empfängt. Der Netzwerkanalysator umfasst außerdem einen Vorwärts/Rückwärts-Schalter 106, der es ermöglicht, die Verbindungen zu der Quelle und der Senke umzukehren, so dass die Eingangssignale empfangenden und Ausgangssignale übertragenden Anschlüsse der DUT umgekehrt werden können. Zum Beispiel nehmen die Messfühleranschlussflächen 156, 158 die differentiellen Eingabesignalkomponenten (S_i ⁺¹ und S_i ^–1) auf und die Ausgabesignalkomponenten (S_o ⁺¹ und S_o ^–1) werden von dem Messfühleranschlussflächen 152 und 154 übertragen, wenn der Vorwärts/Rückwärts-Schalter sich in der dargestellten Stellung befindet. Wenn der Vorwärts/Rückwärts-Schalter in die zweite Stellung gebracht wird, wird das Eingabesignal an die Messfühleranschlussflächen 152 und 154 angelegt und das Ausgabesignal wird von den Messfühleranschlussflächen 156 und 158 übertragen. Das asymmetrische Ausgabesignal von der Quelle des Netzwerkanalysators wird typischerweise durch eine Symmetrieschaltung in ein symmetrisches oder differentielles Signal umgewandelt, welches differentielle Komponenten mit im Wesentlichen der gleichen Amplitude, aber entgegengesetzter Phase aufweist. Ähnlich wandelt eine Symmetrieschaltung das differentielle Ausgabesignal der differentiellen DUT in ein asymmetrisches Signal zum Bearbeiten und Anzeigen durch die Signalsenke des Netzwerkanalysators mit zwei Anschlüssen um.
Das asymmetrische Ausgabesignal des Netzwerkanalysators kann einen Gleichspannungsversatz aufweisen. Wenn dies der Fall ist und der Vorwärts/Rückwärts-Schalter sich in der dargestellten Stellung befindet, wird das Ausgabesignal in herkömmlicher Weise zu einer Vorspannungsverzweigung 108 geleitet, welche einen Kondensator 110 in Reihe mit einem Hochfrequenz-(HF)-Anschluss 112 und eine Induktivität 114 in Reihe mit einem Gleichstromanschluss 116 umfasst. Der Kondensator blockiert die Übertragung der Gleichstromkomponente des Netzwerkanalysatorsignals von dem HF-Anschluss, erlaubt aber die Übertragung der modulierten Signalkomponente von dem HF-Anschluss. Andererseits blockiert die Induktion die Übertragung der modulierten Signalkomponente von dem Gleichstromanschluss, erlaubt aber die Übertragung des Gleichstromanteils des Signals. Der Gleichstromanschluss der Vorspannungsverzweigung 108 ist durch die Vorspannungsmessfühlerspitze 140 mit der Vorspannungsmessfühleranschlussfläche 150 einer Teststruktur verbunden, was das Vorspannen der Transistoren einer differentiellen Zelle mit der Gleichstromkomponente eines durch den Netzwerkanalysator übertragenen Signals ermöglicht. Eine dritte Vorspannungsverzweigung 124 und eine vierte Vorspannungsverzweigung 126 verhindern die Leitung des Gleichstromvorspannungssignals zu der Signalsenke des Netzwerkanalysators.
Die modulierte Komponente der Netzwerkanalysatorausgabe wird von dem HF-Anschluss der Vorspannungsverzweigung zu einer Symmetrieschaltung 120 geleitet, welche das asymmetrische Signal in ein differentielles Signal mit zwei Komponenten mit im Wesentlichen gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase umwandelt. Die differentiellen Eingabesignalkomponenten, S_i ⁺¹ und S_i ^–1, werden zugehörigen Messfühlerspitzen 146, 148 zugeführt, typischerweise über Koaxialkabel, welche die Symmetrieschaltung und die Messfühlerspitzen miteinander verbinden. Die Messfühlerspitzen 146, 148 des bewegbaren Messfühlers 42 sind so angeordnet, dass sie sich bei den zugehörigen Signalmessfühleranschlussflächen 156, 158 befinden können, welche mit der DUT 30 einer Teststruktur verbunden sind.
In Antwort auf das differentielle Eingabesignal gibt die differentielle Verstärkerzelle der DUT zwei differentielle Ausgabesignalkomponenten (S_o ⁺¹ und S_o ^–1) aus. Die differentiellen Ausgabesignalkomponenten werden von zugehörigen Messfühleranschlussflächen 152, 154 der Teststruktur zu zugehörigen Messfühlerspitzen 142, 144 geleitet. Die Messfühlerspitzen sind typischerweise durch ein Koaxialkabel mit einer zweiten Symmetrieschaltung 122 verbunden, welche die differentiellen Signale in ein asymmetrisches Signal umwandelt. Das modulierte asymmetrische Signal wird zu der Signalsenke 104 des Netzwerkanalysators übertragen.
Wenn der Vorwärts/Rückwärts-Schalter in die zweite Stellung bewegt wird, wird die asymmetrische Ausgabe des Netzwerkanalysators durch eine zweite Vorspannungsverzweigung 128, welche die Gleichstromkomponente von dem modulierten Teil des Signals separiert, zu der zweiten Symmetrieschaltung 122 geleitet, was ein Vorspannen der DUT ermöglicht. Die zweite Symmetrieschaltung 122 wandelt den modulierten Teil der asymmetrischen Ausgabe des Netzwerkanalysators in die differentiellen Eingabesignalkomponenten um, welche durch die Messfühlerspitzen 142, 144 und Messfühleranschlussflächen 152 und 154 zu der DUT geleitet werden. Die Ausgabe der DUT wird zu den Messfühleranschlussflächen 156 und 158 und nachfolgend zu den Messfühlerspitzen 146 und 148 geleitet. Die differentiellen Ausgabesignalkomponenten werden in der ersten Symmetrieschaltung 120 in ein asymmetrisches Signal umgewandelt, und das asymmetrische Signal wird durch die erste 108 und vierte 124 Vorspannungsverzweigung zu der Signalsenke des Netzwerkanalysators übertragen.
Symmetrieschaltungen werden üblicherweise dazu verwendet, die durch Netzwerkanalysatoren mit zwei Anschlüssen übertragenen asymmetrischen Signale in differentielle Signale umzuwandeln und umgekehrt. Symmetrieschaltungen sind typischerweise teuer, da sie einen Transformator mit einer asymmetrischen (engt: unbalanced) Verbindung zu einer der Wicklungen und einer symmetrischen Verbindung zu der anderen Wicklung aufweisen. Die Symmetrieschaltungen sind typischerweise von dem Messfühler getrennt und mit dem Messfühler durch ein Koaxialkabel verbunden, da die Symmetrieschaltung verglichen zu einem Messfühler verhältnismäßig groß ist. Der vorliegende Erfinder erkannte, dass dann, wenn eine Symmetrieschaltung, und vorzugsweise eine kostengünstige Symmetrieschaltung, in den Messfühler eingebaut werden könnte, das Einrichten der Instrumentierung wesentlich vereinfacht werden könnte, was die Zeitdauer und Kosten des Testens von Halbleiterscheiben verringert.
Bezug nehmend auf 3 und 4 umfasst der Messfühler 200 mit integraler Symmetrieschaltung einen Lagerblock 202, der zur Verbindung mit einem bewegbaren Messfühlerlagerelement 204 einer Messfühlerstation geeignet konstruiert ist. Zum Beispiel umfasst der Lagerblock eine Öffnung 206 für ein Eingreifen eines eng sitzenden Ausrichtungsstifts 208, der vertikal von dem Messfühlerlagerelement vorsteht. Darüber hinaus umfasst der Lagerblock ein Paar angesenkter Öffnungen 210, um ein Paar Befestigungsschrauben 212 aufzunehmen, welche dazu angeordnet sind, mit Gewindelöchern in dem Messfühlerlagerelement in Eingriff zu treten und den Messfühler an dem Messfühlerlagerelement zu befestigen.
Der Messfühler umfasst einen Eingangsanschluss 214, welcher in der dargestellten Ausführungsform einen Zündkerzenstecker artigen K-Verbinder umfasst. Dieser Verbinder ermöglicht das externe Verbinden eines gewöhnlichen Koaxialkabels, was es erlaubt, einen gut abgeschirmten Hochfrequenzübertragungskanal zwischen dem Messfühler und dem Netzwerkanalysator oder anderer Testinstrumentierung einzurichten. Wenn gewünscht, können andere Arten von Verbindern verwendet werden, wie ein 2,4 mm Verbinder, ein 1,85 mm Verbinder oder ein 1 mm Verbinder.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein halbsteifes Koaxialkabel 216 an seinem hinteren Ende mit dem K-Verbinder verbunden, welches den Anschluss des Messfühlers darstellt. Auch bezugnehmend auf 5 und 6 umfasst das Koaxialkabel 216 vorzugsweise einen länglichen, röhrenartigen äußeren Leiter 218 mit einer äußeren Oberfläche 220 und einer inneren Oberfläche 222, einen innerhalb und koaxial mit der inneren Oberfläche des äußeren Leiters angeordneten inneren Leiter und ein inneres Dielektrikum 226, welches den inneren Leiter von der inneren Oberfläche des äußeren Leiters über eine Länge des inneren Leiters trennt. Vorzugsweise ist das Koaxialkabel ein Kabel vom phasenstabilen, verlustarmen Typ. Das Koaxialkabel kann ebenso andere Schichten von Materialien umfassen, wie gewünscht, und umfasst in üblicher Weise ein die äußere Oberfläche des äußeren Leiters umgebendes äußeres Dielektrikum 228. Um das hintere Ende des Koaxialkabels für eine Verbindung mit dem K-Verbinder vorzubereiten, wird das hintere Ende abisoliert, um den inneren Leiter freizulegen, und dieser innere Leiter wird vorübergehend innerhalb eines Hilfsverbinders gehalten, während der benachbarte äußere Leiter in eine in dem Hauptlagerblock ausgebildete Bohrung 230 gelötet wird. Eine Vertiefung 232 in dem Lagerblock unterhalb dieser Bohrung bietet einen Zugang, um den Lötvorgang zu erleichtern. Der Hilfsverbinder wird dann entfernt und der K-Verbinder wird in eine in dem Block oberhalb der Bohrung gebildete Gewindeöffnung geschraubt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbinder und dem Koaxialkabel herzustellen. Um eine sichere physikalische Verbindung sicherzustellen, kann auf die Gewinde des K-Verbinders vor dessen Einbau ein Schraubensicherungsmittel aufgetragen werden.
Das vordere Ende des Koaxialkabels verbleibt frei hängend und in diesem Zustand dient es als eine bewegliche Lagerung für einen Messfühlerkopf 240 des Messfühlers. Bevor sie mit dem K-Verbinder verbunden werden, werden die Kabel auf die gezeigte Art entlang erster und zweiter Mittelabschnitte gebogen, so dass in dem Kabel eine allgemein nach oben gekrümmte 90 Grad-Biegung und eine nach unten gekrümmte Biegung gebildet werden.
Der Messfühlerkopf 240 kann einer der vielen Arten von Messfühlerköpfen sein, die zum Testen integrierter Schaltungen und anderer mikroelektronischer Vorrichtungen entwickelt wurden. Godshalk et al., U.S. Patent Nr. 5,506,515 ; Burr et al., U.S. Patent Nr. 5,565,788 ; und Gleason et al., U.S. Patent Nr. 6,815,963 ; angemeldet auf Cascade Microtech Inc. und hierin durch Bezugnahme eingeschlossen, offenbaren eine Anzahl von Messfühlerköpfen, die mit dem Messfühler mit integrierter Symmetrieschaltung verwendet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Messfühler 200 einen Messfühlerkopf in Mikrostreifenart, welcher ein dielektrisches Blatt 242 mit allgemein ebenen oberen und unteren Oberflächen umfasst, das an dem vorderen Ende des Koaxialkabels befestigt ist. Die Unterseite des Kabels ist weggeschnitten, um eine Ablagefläche 244 zu bilden, und das dielektrische Blatt ist an der Ablagefläche befestigt. Alternativ kann das dielektrische Blatt durch eine nach oben gerichtete Ablagefläche gelagert sein, die von dem Kabel weggeschnitten ist, oder durch das Ende des Kabels ohne eine Ablagefläche. Das dielektrische Blatt kann eine flexible Membran oder eine Platte aus einem steiferen dielektrischen Material umfassen.
Ein Paar leitender Signalbahnen sind von der oberen Oberfläche des dielektrischen Blattes getragen. Die leitenden Bahnen können auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Blattes irgendeine Technik verwendend abgelagert sein, oder anderweitig daran befestigt sein. Eine erste leitende Signalbahn 246 ist elektrisch mit dem inneren Leiter 224 des Koaxialkabels verbunden, und eine zweite leitende Signalbahn 248 ist elektrisch mit dem äußeren Leiter 218 des Koaxialkabels verbunden. Die jeweiligen Leitungsbahnen 246, 248 leiten normalerweise die Komponenten der differentiellen Eingabe- oder Ausgabesignale zu oder von der DUT. Andere Schichten über, unter und/oder zwischen der leitenden Bahn bzw. den leitenden Bahnen und dem dielektrischen Blatt können vorhanden sein, falls dies gewünscht ist.
Durch das dielektrische Blatt hindurchgehende leitende Durchgänge 250 ermöglichen die Übertragung von dem Signalpfad von den leitenden Bahnen an der oberen Fläche des Blattes zu der unteren Oberfläche des Blattes. Der leitende Durchgang bietet einen Pfad von einer Seite des Blattes zu der anderen Seite, der für zumindest ein Großteil der Dicke des Blattes frei von einer Luftlücke zwischen dem Durchgang und dem Dielektrikum ist und die Kapazität des Signalpfades verglichen mit einem sich über das Ende des dielektrischen Blattes erstreckenden leitenden Finger beträchtlich verringert.
Die untere Oberfläche des dielektrischen Blattes umfasst mehrere Kontakthöcker oder Messfühlerspitzen 252, 254, die jeweils elektrisch mit den sich von den zugehörigen leitenden Bahnen an der oberen Oberfläche des dielektrischen Blattes erstreckenden Durchgängen verbunden sind. Die Messfühlerspitzen sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Schwerpunkte ihrer unteren Enden im Wesentlichen ausgerichtet sind und allgemein parallel zu der vorderen Kante des Messfühlerkopfs sind. Die Messfühlerspitzen sind räumlich zueinander benachbart so angeordnet, dass sie bei zugehörigen Messfühleranschlussflächen angeordnet werden können, welche Signale für die zu prüfende Teststruktur leiten. Es versteht sich, dass die Messfühlerspitzen jede geeignete Form annehmen können, wie einen Höcker, eine gemusterte Struktur, oder einen länglichen Leiter.
Eine integrale Symmetrieschaltung 260, die eine Hülle aus magnetisch permeablem Material hat, umgibt im Wesentlichen eine Länge der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters 218 des die Messfühlerspitzen 250 und den Anschluss 214 des Messfühlers verbindenden Koaxialkabels 216. Bezug nehmend auf 7 umfasst ein Koaxialkabel typischerweise zwei Leiter, einen länglichen, röhrenförmigen äußeren Leiter 312 mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche und einen inneren Leiter 310, der innerhalb der durch die innere Oberfläche des äußeren Leiters definierten Öffnung angeordnet ist und durch ein Dielektrikum von dem äußeren Leiter getrennt ist. Als ein Ergebnis des Oberflächeneffektes (engl.: skin effect) haben die zwei Leiter des Koaxialkabels drei leitende Pfade: den inneren Leiter, die innere Oberfläche des äußeren Leiters und die äußere Oberfläche des äußeren Leiters. Wenn ein asymmetrisches Signal zu oder von einer Quelle 304 über ein Koaxialkabel übertragen wird, ist einer der Leiter, typischerweise der äußere Leiter, mit Masse 302 verbunden, und das Signal 306 wird über den zweiten Leiter übertragen, typischerweise den inneren Leiter. Da die durch das in dem inneren Leiter fließende Signal erzeugten elektrischen und magnetischen Felder auf den die inneren und äußeren Leiter trennenden Raum beschränkt sind, wird an der inneren Oberfläche des äußeren Leiters ein Strom 308 fließen, der in der Größe dem Signal gleich ist, aber in der entgegengesetzten Richtung fließt. An dem zweiten Ende des äußeren Leiters wird ein erster Teil 318 dieses an der inneren Oberfläche des äußeren Leiters fließenden Stromes auf die Last 316 übertragen, und abhängig von den Impedanzverhältnissen wird ein zweiter Teil des Stroms, ein Ungleichgewichtsstrom (engl.: unbalance current) 320, an der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters zurück zu Masse fließen oder von dem äußeren Leiter abgestrahlt werden. Die Symmetrieschaltung, die magnetisch permeable Hülle 260, wirkt als eine Induktivität 322 in dem leitenden Pfad, welche die äußere Oberfläche des äußeren Leiters umfasst, um den Strom des Ungleichgewichtsstrom auf der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters zu behindern und im Wesentlichen zu blockieren. Als ein Ergebnis werden zwischen den inneren und äußeren Leitern des Koaxialkabels und den Anschlüssen 324, 326 der Last 316, welche die Senken für die Komponenten des differentiellen Signals darstellen, gleiche und entgegengesetzte differentielle Signale geleitet, welche das Signal 306 und den Strom 308/318 umfassen.
Ähnlich blockiert dann, wenn gleiche und entgegengesetzte differentielle Signale von dem Paar Anschlüsse 324, 326 der Last zu den inneren und äußeren Leitern des Koaxialkabels gespeist werden, die in den leitenden Pfad an der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters durch die magnetisch permeable Hülle eingeführte Impedanz im Wesentlichen einen Stromfluss über die äußere Oberfläche des äußeren Leiters, wodurch die Signale auf den inneren Leiter und die innere Oberfläche des äußeren Leiters beschränkt werden, sogar obwohl der äußere Leiter an dem entgegengesetzten Ende des Kabels geerdet 302 ist und ein asymmetrisches Signal zu der Senke 304 geleitet wird.
Die magnetisch permeable Hüllen-Symmetrieschaltung 260 umfasst mehrere magnetisch permeable Rohre oder Segmente 262, die Ende an Ende entlang einer Länge des Koaxialkabels 216 angeordnet ist. Die Segmente umfassen typischerweise Ferrit-Toroide, die im Wesentlichen die äußere Oberfläche des Koaxialkabels umgeben, aber die Segmente können einen oder mehrere nicht-kontinuierliche Abschnitte aufweisen, die um den Umfang des Kabels herum angeordnet sind. Ferrite sind typischerweise keramische ferromagnetische Materialien. Die Zutaten werden gemischt, gebrannt, zerstossen oder gemahlen und gepresst oder extrudiert und gebrannt, um ihre Endform auszubilden. Ferrite können Seltene Erden wie Kobalt umfassen, aber die herkömmlichsten Ferrite umfassen etwa 50% Eisenoxid. Der übrige Teil der Materialien bestimmt den Gütegrad des fertigen Ferrits und umfasst üblicherweise eine Mischung aus Mangan oder Nickel und Zink oder Zinkoxid. Die magnetische Permeabilität von Ferriten ist durch Variieren der Zusammensetzung und des Verfahrens zum Herstellen des Ferrits variierbar. Bezug nehmend auf 8 hängt die durch ein Ferritsegment produzierte Induktivität mit der magnetischen Permeabilität des Ferrits zusammen und variiert mit der Frequenz. Um einen über einen weiten Frequenzbereich nützlichen Messfühler bereitzustellen, umfasst eine bevorzugte Ausführungsform der magnetisch permeablen Hüllen-Symmetrieschaltung mehrere Segmente, welche mehrere unterschiedliche Ferritmaterialien 352, 354, 354 umfassen, die derart angeordnet sind, dass die magnetische Permeabilität der Segmente sich mit zunehmendem Abstand von der Messfühlerspitze erhöht. Darüber hinaus ist die Induktivität der magnetischen Hüllen-Symmetrieschaltung bei Intervallen von einem Viertel der Wellenlänge des abgeschwächten Signals maximiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand L, 272, zwischen den Messfühlerspitzen 254 und dem den Messfühlerspitzen am nächsten liegenden Ende der magnetischen Hülle geringer als die Hälfte der Wellenlänge der höchsten durch den Messfühler zu messenden Frequenz und ist vorzugsweise geringer als 35% und größer als 15% der Wellenlänge der höchsten Frequenz, und beträgt noch bevorzugter etwa ein Viertel der Wellenlänge der höchsten zu messenden Frequenz. Ähnlich ist es vorzuziehen, dass der Abstand von den Messfühlerspitzen zu einem Teil der Symmetrieschaltung, welche ein Ferrit aufweist, das eine maximale Induktivität bei einer bestimmten Frequenz aufweist, etwa ein Viertel der Wellenlänge der Frequenz beträgt, bei welcher die Induktivität für das Ferrit maximiert ist.
Obwohl die Symmetrieschaltung im Wesentlichen den Ungleichgewichtsstrom blockiert, der auf der äußeren Fläche des äußeren Leiters fließen könnte, kann in dem äußeren Leiter als ein Ergebnis der Gegenwart des Leiters in den Strahlungsfeldern der Messfühleranschlussflächen Strom induziert werden. Um das Induzieren von Strom durch das Strahlungsfeld zu verringern, kann das vorstehende Ende des Koaxialkabels verschiebbar in eine Röhre 270 eingefügt sein, welche ein halbflexibles Mikrowellen absorbierendes Material umfasst. Ein Material, das zum Bilden der Röhre verwendet wird, umfasst Eisen und Urethan. Die halbflexible Röhre aus Mikrowellen absorbierendem Material dient dazu, im Wesentlichen das Maß induzierter Mikrowellenenergie zu verringern, die sich entlang des äußeren Leiters des Kabels bewegen kann.
Bezug nehmend auf 9 und 10 umfasst eine zusätzliche Ausführungsform des Messfühlers 400 mit integrierter Symmetrieschaltung eine zum Vorspannen der DUT verbindbare dritte Messfühlerspitze 402. Der Lagerblock 402 umfasst einen zusätzlichen Eingangsanschluss 404, welcher in der dargestellten Ausführungsform einen Zündkerzenstecker artigen K-Verbinder umfasst, der einen Anschluß der Gleichstromvorspannung von dem Netzwerkanalysator erlaubt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Kabel 406 an seinem hinteren Ende mit dem zweiten Anschluss des Messfühlers verbunden und verläuft von dem Lagerblock zu dem Messfühlerkopf 408.
Der Messfühler 408 umfasst ein dielektrisches Blatt 410 und hat allgemein ebene obere und untere Oberflächen und ist an dem vorderen Ende des Koaxialkabels 216 befestigt. Eine erste leitende Signalbahn 246 ist elektrisch mit dem inneren Leiter 224 des Koaxialkabels verbunden und eine zweite leitende Signalbahn 248 ist elektrisch mit dem äußeren Leiter 218 des Koaxialkabels verbunden. Die zugehörigen leitenden Bahnen leiten die Komponenten der differentiellen Eingabe- oder Ausgabesignale zu oder von der DUT. Leitende Durchgänge erstrecken sich durch das dielektrische Blatt, was einen Transfer des Signalpfads von den leitenden Bahnen an der oberen Oberfläche des Blatts zu der unteren Oberfläche des Blatts zu den Kontakthöckern oder Messfühlerspitzen 252, 254 ermöglicht.
Der Leiter 414 des Kabels 406 ist leitend an einem Durchgang 416 befestigt, der sich von dem Boden des dielektrischen Blattes zu dessen oberer Oberfläche erstreckt. Eine an der unteren Oberfläche des dielektrischen Blattes befestigte leitende Bahn 412 verbindet den Durchgang mit einer zentral angeordneten Messfühlerspitze 420. Die leitende Schicht kann, falls gewünscht, im Wesentlichen die gesamte untere Oberfläche des dielektrischen Blattes mit Ausnahme von Abstandsflächen um die Signalmessfühlerspitzen 252 und 254 herum abdecken.
Der Messfühler mit integrierter Symmetrieschaltung ermöglicht es, dass ein Netzwerkanalysator mit zwei Anschlüssen ohne teure externe Symmetrieschaltungen beim Testen integrierter Schaltungen und anderer mikroelektronischer Vorrichtungen mit differentiellen Signalen verwendet wird.
Die obige detaillierte Beschreibung stellt zahlreiche spezielle Details dar, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bieten. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um ein Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Die obige detaillierte Beschreibung stellt zahlreiche spezielle Details dar, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bieten. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um ein Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Alle hierin zitierten Druckschriften sind durch Bezugnahme mit eingeschlossen.
Die in der vorstehenden Beschreibung verwendeten Begriffe und Ausdrücke sind als Begriffe zur Beschreibung und nicht zur Beschränkung verwendet, und es besteht beim Verwenden derartiger Begriffe und Ausdrücke keinerlei Absicht, Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, da es klar ist, dass der Rahmen der Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche definiert und beschränkt ist.
Zusammenfassung
Messfühler für differentielle Signale mit integrierter Symmetrieschaltung
Ein Messfühler mit integraler Symmetrieschaltung ermöglicht es, eine differentielle Signale verwendende Vorrichtung mit einer Quelle oder Senke asymmetrischer Signale zu verbinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5506515 [0037]
- US 5565788 [0037]
- US 6815963 [0037]

Claims

Messfühler zum Verbinden einer Senke eines differentiellen Signals, die eine erste Senke des differentiellen Signals und eine zweite Senke des differentiellen Signals umfasst, mit einer Quelle eines asymmetrischen Signals und, alternativ, einer Quelle eines differentiellen Signals, die eine erste Quelle des differentiellen Signals und eine zweite Quelle des differentiellen Signals umfasst, mit einer Senke eines asymmetrischen Signals, wobei der Messfühler aufweist: (a) ein längliches Koaxialkabel mit: (i) einem rohrförmigen äußeren Leiter mit einer äußeren Oberfläche, einer inneren Oberfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit der ersten Quelle des differentiellen Signals verbindbar ist und das zweite Ende mit der Senke des asymmetrischen Signals verbindbar ist und, alternativ, das erste Ende mit der ersten Senke des differentiellen Signal verbindbar ist und das zweite Ende mit der Quelle des asymmetrischen Signals verbindbar ist; und (ii) einem innerhalb der inneren Oberfläche des äußeren Leiters angeordneten inneren Leiter mit einem ersten Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters und mit einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit der zweiten Quelle des differentiellen Signals verbindbar ist und das zweite Ende mit der Senke des asymmetrischen Signals verbindbar ist und, alternativ, das erste Ende mit der zweiten Senke des differentiellen Signals verbindbar ist und das zweite Ende mit der Quelle des asymmetrischen Signals verbindbar ist; und (b) eine magnetisch permeable Hülle mit einer inneren Oberfläche, die im Wesentlichen eine Länge des Koaxialkabels umgibt, und einer äußeren Oberfläche.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die magnetisch permeable Hülle umfasst: (a) eine erste Hülle nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters; und (b) eine zweite Hülle, die von dem ersten Ende des äußeren Leiters weiter entfernt ist als die erste Hülle.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die magnetisch permeable Hülle umfasst: (a) eine erste Hülle nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters mit einer ersten magnetischen Permeabilität; und (b) eine zweite Hülle, die von dem ersten Ende des äußeren Leiters weiter entfernt ist als die erste Hülle und eine zweite magnetische Permeabilität aufweist.
Messfühler nach Anspruch 3, wobei die zweite magnetische Permeabilität größer ist als die erste magnetische Permeabilität.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters und von einer Verbindung des äußeren Leiters mit der ersten Quelle des differentiellen Signals oder der ersten Senke des differentiellen Signals um einen Abstand beabstandet umfasst, der nicht größer als eine halbe Wellenlänge der höchsten durch den Messfühler zu messenden Frequenz ist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters und von einer Verbindung des äußeren Leiters zu der ersten Quelle des differentiellen Signals oder der ersten Senke des differentiellen Signals um einen Abstand beabstandet aufweist, der nicht größer als 35% einer Wellenlänge der höchsten durch den Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 15% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters und von einer Verbindung des äußeren Leiters zu der ersten Quelle des differentiellen Signals oder der ersten Senke des differentiellen Signals um einen Abstand beabstandet aufweist, der nicht größer als 30% einer Wellenlänge der höchsten durch den Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 20% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters und von einer Verbindung des äußeren Leiters zu der ersten Quelle des differentiellen Signals oder der ersten Senke des differentiellen Signals um einen Abstand beabstandet aufweist, der nicht größer als 26% einer Wellenlänge der höchsten durch den Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 24% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Mikrowellenabsorber, der das Koaxialkabel über einen Teil des Abstands zwischen einem Ende der magnetisch permeablen Hülle und dem Ende des äußeren Leiters zumindest teilweise umgibt.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Quelle und die Senke des asymmetrischen Signals eine mit dem äußeren Leiter verbindbare Erdung umfassen.
Messfühler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen dritten Leiter, der eine Quelle einer Vorspannung mit einem Vorspannungsanschluss einer Vorrichtung verbindet, welche die Quelle und die Senke des differentiellen Signals umfasst.
Messfühler mit: (a) einem Lagerblock, der an einem bewegbaren Messfühlerlagerelement befestigbar ist; (b) ein an dem Lagerblock befestigtes längliches Koaxialkabel, wobei das Koaxialkabel umfasst: (i) einen länglichen rohrförmigen äußeren Leiter mit einer äußeren Oberfläche, einer inneren Oberfläche, einem mit einer Quelle oder einer Senke eines asymmetrischen Signals verbindbaren ersten Ende und einem zweiten Ende; (ii) einen innerhalb der inneren Oberfläche des äußeren Leiters angeordneten inneren Leiter mit einem ersten Ende nahe dem ersten Ende des äußeren Leiters, das mit der Quelle oder der Senke des asymmetrischen Signals verbindbar ist, und mit einem zweites Ende nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters; (c) einem an dem länglichen Koaxialkabel nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters befestigten Messfühlerkopf, der eine leitend mit dem äußeren Leiter verbundene erste Messfühlerspitze und eine leitend mit dem inneren Leiter verbundene zweite Messfühlerspitze aufweist; und (d) eine magnetisch permeable Hülle mit einer inneren Oberfläche, die eine Länge des Koaxialkabels im Wesentlichen umgibt.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die magnetisch permeable Hülle umfasst: (a) eine erste Hülle nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters; und (b) eine zweite Hülle, die von dem zweiten Ende des äußeren Leiters weiter entfernt ist als die erste Hülle.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die magnetisch permeable Hülle umfasst: (a) eine erste Hülle nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters mit einer ersten magnetischen Permeabilität; und (b) eine zweite Hülle mit einer zweiten magnetischen Permeabilität, die von dem zweiten Ende des äußeren Leiters weiter entfernt ist als die erste Hülle.
Messfühler nach Anspruch 14, wobei die zweite magnetische Permeabilität größer ist als die erste magnetische Permeabilität.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem zweiten Endes des äußeren Leiters und von der ersten Messfühlerspitze um einen Abstand beabstandet umfasst, der nicht größer als eine halbe Wellenlänge der höchsten von dem Messfühler zu messenden Frequenz ist.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters und von der ersten Messfühlerspitze um einen Abstand beabstandet umfasst, der nicht größer als 35% einer Wellenlänge der höchsten von dem Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 15% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters und von der ersten Messfühlerspitze um einen Abstand beabstandet umfasst, der nicht größer als 30% einer Wellenlänge der höchsten von dem Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 20% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die Hülle ein erstes Ende nahe dem zweiten Ende des äußeren Leiters und von der ersten Messfühlerspitze um einen Abstand beabstandet umfasst, der nicht größer als 26% einer Wellenlänge der höchsten von dem Messfühler zu messenden Frequenz ist und der nicht geringer als 24% dieser Wellenlänge ist.
Messfühler nach Anspruch 12, ferner umfassend einen Mikrowellenabsorber, der das Koaxialkabel über einen Teil eines Abstands zwischen einem Ende der magnetisch permeablen Hülle und der ersten Messfühlerspitze zumindest teilweise umgibt.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei die Quelle und die Senke des asymmetrischen Signals eine mit dem äußeren Leiter verbindbare Erdung umfassen.
Messfühler nach Anspruch 12, ferner umfassend einen dritten Leiter, der verbindbar ist, um eine Quelle einer Vorspannung mit einer dritten Messfühlerspitze zu verbinden.