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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf das Testen von gedruckten Schaltungsplatinen
und insbesondere auf eine Technik zum Sondieren von vakuumabgedichteten
Knoten von Interesse unter Verwendung von externen Testinstrumenten.
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Eine gedruckte Schaltungsanordnungs-Testhardware
(PCA-Testhardware; PCA = printed circuit assembly) wird verwendet,
um PCAs nach der Herstellung zu testen. Ein solches Testen kann
eine elektrische Konvektivität,
Spannung, Widerstand, Kapazität,
Induktivität,
Schaltungsfunktion, Vorrichtungsfunktion, Polarität, Vektor,
Vektorlosigkeit und Schaltungsfunktionstesten umfassen.
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Um die Tests durchzuführen, muß die Testerhardware
in der Lage sein, ein Sondieren von leitfähigen Anschlußflächen, Durchkontaktierungen
und Spuren auf der Testplatine durchzuführen. Elektronische Signale
werden durch das Platinentestsystem verwendet, um zu bestimmen,
ob jede elektronische Komponente auf der PCA ordnungsgemäß arbeitet. Eine
Testbefestigung liefert eine mechanische und eine elektrische Schnittstelle
zwischen den Platinentestsystem-Schnittstellenstiften und den elektronischen
Komponenten, die auf einer PCA angeordnet sind, die getestet werden
soll. Da Signale durch die Testhalterung sowohl auf ihrem Weg zu
als auch von der elektronischen Komponente passieren müssen, muß die Testhalterung
die Qualität
dieser Signale nicht verschlechtern, um sicherzustellen, daß die elektronische
Komponente korrekt als ordnungsgemäß oder nicht ordnungsgemäß arbeitend
diagnostiziert wird.
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Um einen Hochqualitätssignalweg
zu und von dem Testsystem sicherzustellen, müssen die Sonden einen festen
elektrischen und mechanischen Kontakt mit der Komponente herstellen.
Dies wird üblicherweise
unter Verwendung von vakuumbetätigten Testhalterungen
erreicht.
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Bekannte vakuumbetätigte Testhalterungen sind üblicherweise
aus zwei Platten aufgebaut. Die erste Platte, oder die Sondenplatte,
ist eine dichte Platte, die aus einem Isoliermaterial hergestellt
ist, das Löcher
aufweist, die den Positionen der elektrischen Knoten/Kontakte von
Interesse auf der Test-PCA entsprechen. Die Sonden sind in diesen Löchern befestigt. Üblicherweise
weisen die Sonden eine federbelastete Sonde und einen Sondensockel auf.
Eine zweite Platte oder obere Platte, die Löcher aufweist, die den Positionen
der Sonden entsprechen, ist an Ausrichtungsstiften befestigt und
wird über
der Sondenplatte durch vorbelastete Halterungsfedern gehalten. Eine
Dichtung wird dann um den Umfang der Platten plaziert, um eine Vakuumkammer
zu bilden. Wenn Luft aus der Vakuumkammer entfernt wird, wird die
obere Platte hin zu der Sondenplatte gezogen, was verursacht, daß jede der Sonden
durch ihr entsprechendes Loch in der oberen Platte passiert und
die elektrischen Knoten/Kontakte von Interesse auf der Test-PCA
trifft. Die Test-PCA ist relativ zu der oberen Platte durch zwei
oder mehr Werkzeugstifte positioniert und wird durch das Vakuum
an Ort und Stelle gehalten.
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Einzelne Plattenhalterungen wurden
ebenfalls entwickelt. Diese Halterungen weisen eine Sondenplatte
auf, die fast identisch zu der Sondenplatte der Zweiplattenhalterung
ist. Eine dicke Schicht aus Schaum wird direkt auf die Sondenplatte
plaziert. Der Schaum wird von der Sondenplatte direkt unter der PCA
entfernt, außer
von ca. ungefähr
1,27 cm (1/2 Zoll) um den Umfang der PCA, was als die Vakuumabdichtung
dient. Dementsprechend wirkt die PCA selbst als die obere Platte
der Vakuumkammer.
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Bei jedem Ausführungsbeispiel der vakuumbetätigten Testhalterungen
liegen die Halterungssonden (d.h. die Sonden, die einen elektrischen
Kontakt mit den Knoten an der Test-PCA herstellen) während des
Tests innerhalb der Vakuumkammer. Obwohl die elektrischen Signale
theoretisch von der Halterungssonde zu deren entsprechendem Knoten
an der PCA passieren und/oder umgekehrt, derart, daß das Signal
an der Sonde durch den Tester gemessen werden könnte, ist es gelegentlich wünschenswert
und nützlich,
die Messungen direkt an der Sonde selbst durchzuführen. Während des
Fehlerbeseitigens (Debugging) an der PCA z.B. könnte es wünschenswert sein, sicherzustellen,
daß ein
Signal, das durch den Tester erzeugt wird, tatsächlich durch die Sonde zu dem
gewünschten
Kontaktpunkt an der PCA geliefert wird. Wenn nicht, könnte dies
einen Fehler in dem Tester anzeigen. Wenn ja, könnte dies einen Fehler an der
PCA oder eine nicht ausreichende Kontaktkraft zwischen der Sonde
und dem sondierten PCA-Knoten anzeigen. Umgekehrt könnte es
nützlich
sein, zu bestimmen, ob ein Signal, von dem erwartet wird, daß dasselbe
durch die PCA erzeugt wird, durch eine gegebene Sonde empfangen
wird. Wenn nicht, könnte
dies eine nicht ausreichende Kontaktkraft zwischen der Sonde und
dem sondierten PCA-Knoten oder einen Fehler an der PCA anzeigen.
Wenn ja, könnte
dies ein Fehler in dem Tester anzeigen. Es existieren viele andere
Szenarios, bei denen es nützlich
wäre, zu
ermöglichen,
daß ein
externes Instrument, wie z.B. ein Oszilloskop, ein Multimeter oder
ein Logikanalysator mit einer Sonde innerhalb der vakuumabgedichteten
Kammer der Testhalterung verbunden ist.
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Da die Halterungssonden und/oder
andere elektrische Knoten von Interesse innerhalb der Vakuumkammer
der Halterung abgedichtet sind, ist eine Verbindung zu solchen Sonden/Knoten
durch externe elektronische Instrumente aufgrund von Sondenzugriffsschwierigkeiten
problematisch.
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Ein Verfahren für einen Sondenzugriff ist es, Löcher in
der Vakuumkammerumhüllung
zu fertigen (z.B. Sondenplatte, PCA, Vakuumkammerabdeckung oder
Vakuumabdichtung). Das Herstellen von Vakuumumhüllungen mit Löchern oder
Aperturen kompliziert den Entwurf und die Implementierung der Vakuumhalterung
und/oder der PCA aufgrund der Komplexität beim Bestimmen geeigneter
Positionen für
Sondenlöcher
externer Instrumente und der Schwierigkeit, die dem Beibehalten
einer ordnungsgemäßen Abdichtung
zugeordnet ist. Dementsprechend ist dieses Verfahren kompliziert,
teuer und zeitaufwendig.
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Ein anderes Verfahren zum Erreichen
von Sondenzugriff durch externe Instrumentsonden ist ein Verbinden
der externen Instrumentsonde mit der gewünschten Halterungssonde vor
der Anlegung des Vakuums. Das Kabel der externen Instrumentsonde wird
dann manuell zwischen der Vakuumabdichtung und der entsprechenden
Halterungskomponente (z.B. Sondenplatte) geleitet. Dann, wenn das
Vakuum angelegt ist, drückt
die Vakuumabdichtung gegen die Halterung, wobei das Kabel der externen
Instrumentsonde zwischen denselben verkeilt ist. Diese Technik ist
gegenüber
dem oben beschriebenen Lochbildungsverfahren insofern vorteilhaft,
daß die Komplexität und das
Ausmaß des
Entwurfs und der maschinellen Herstellung der Löcher eliminiert wird. Das Kabelführungsverfahren
ist jedoch insofern problematisch, daß das Sondenkabel die Erzeugung
einer echten Vakuumabdichtung stört
und verhindert. 1, die
eine Querschnittansicht eines Testinstrumentkabels 200 verkeilt
zwischen einer Vakuumabdichtung 202 und einer Halterung 204 zeigt,
stellt das Problem dar. Wie dargestellt ist, drückt die Vakuumabdichtung 33 gegen
die Sondenplatte der Halterung 21 über das Kabel des externen
Instruments, wodurch Luftzwischenräume 215 an jeder Seite
des Kabels 200 erzeugt werden. Der Querschnittsdurchmesser
dc des Sondenkabels, der üblicherweise
im Bereich von 0,05 cm (0,125 Zoll) liegt ist groß genug, daß die Luftzwischenräume 205 ein
ausreichendes Lecken ermöglichen,
um die Erzeugung einer echten Vakuumabdichtung zu verhindern. Dadurch
wird ferner ein Schaden an dem Sondenkabel riskiert, was häufig sehr
teuer ist.
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Die aktuellen Verfahren zum Sondieren
einer vakuumabgedichteten Halterungssonde und/oder anderer Knoten
von Interesse, die innerhalb der Vakuumkammer abgedichtet sind,
sind entweder sehr kostspielig oder opfern vakuuminduzierten Druck
an den Halterung-Sonde-zu-PCA-Knotenkontakten aufgrund des Luftleckens
durch Zwischenräume,
die durch ein Kabelleitverfahren eines externen Instruments erzeugt
werden. Entsprechend besteht ein Bedarf nach einer verbesserten
Technik zum Ermöglichen
einer Verbindung von Testsonden von externen elektronischen Instrumenten
mit elektrischen Sonden und/oder anderen Knoten von Interesse, die
innerhalb einer Vakuumkammer abgedichtet sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein dünnes
Drahtverbinderkabel und ein Verfahren zum Verbinden eines elektrischen
Testinstruments mit einem Knoten mit verbesserten Charakteristika
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein dünnes Drahtverbinderkabel
gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zum Verbinden eines elektrischen Testinstruments mit
einem Knoten gemäß Anspruch
11 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft
ein neues Kabel und ein Verfahren zum Verbinden eines externen Testinstruments
mit einer elektrischen Sonde und/oder einem Knoten von Interesse,
der innerhalb einer Vakuumkammer einer elektrischen Testvorrichtung
vakuumabdichtbar ist. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel ist die elektrische
Testvorrichtung ein PCA-Tester mit einer vakuumbetätigten Testhalterung.
Während
des Testens einer PCA durch den PCA-Tester dieses Ausführungsbeispiels, wird
eine Vakuumkammer zwischen der Halterungsabdeckung und einer Testhalterungssondenplatte gebildet,
um eine ausreichende Kontaktkraft zwischen den Testhalterungssonden
und den Testknoten des Testobjekts zu erzeugen. Die Testhalterung umfaßt eine
flexible Vakuumabdichtung, die zwischen und um die Umfangskanten
der Halte rungsabdeckung und der Testhalterungssondenplatte positioniert
ist. Eine Vakuumkammer ist innerhalb des Raums gebildet, der zwischen
der Halterungsabdeckung, der Sondenplatte und der Peripheriehalterungs-Vakuumabdeckung
eingeschlossen ist. Während
eines Tests pumpt ein Vakuum Luft aus der Kammer, um die Kanten
der flexiblen Vakuumabdichtung an die Sondenplatte und die Halterungsabdeckung
vakuummäßig abzudichten,
um ein Vakuum zu bilden.
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Gemäß der Erfindung können Testinstrumente
außerhalb
der Vakuumkammer elektrisch mit Knoten von Interesse verbunden sein,
die innerhalb der Vakuumkammer vakuumabgedichtet sind, unter Verwendung
eines dünnen
Drahtverbinderkabels. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Knoten
von Interesse Testhalterungssonden, die während des Tests aufgrund der
Vakuumabdichtung nicht zugreifbar sind. Das dünne Drahtverbinderkabel umfaßt ein erstes
Ende, das mit der Testinstrumentsonde verbindbar ist, und ein zweites
Ende, das elektrisch an einen isolierten Verbinder angebracht ist.
Der isolierte Verbinder ist mit einer oder mehreren der elektrischen
Sonden und/oder Knoten von Interesse verbindbar, die innerhalb der
Vakuumkammer abdichtbar sind. Der isolierte Verbinder umfaßt einen elektrischen
Kontakt, der die Sonde und/oder den Knoten von Interesse verbindet,
und eine Isolierung, die den elektrischen Kontakt isoliert, um einen
elektrischen Kontakt mit anderen Komponenten als der vakuumabdichtbaren
elektrischen Sonde zu verhindern, mit der derselbe verbunden ist.
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In Betrieb ist der isolierte Verbinder
des dünnen
Drahtverbinderkabels mit der vakuumabdichtbaren elektrischen Sonde
und/oder dem Knoten von Interesse vor dem Abdichten der Kammer verbunden. Das
dünne Drahtkabel
wird zwischen der flexiblen Vakuumabdichtung und der Halterung vor
der Betätigung
der Vakuumpumpe geleitet. Wenn das Vakuum angelegt wird, pumpt das
Vakuum die gesamte Luft aus der Kammer, um das Testobjekt nach unten
gegen die elektrischen Sonden der Halterung zu ziehen. Der Durchmesser
des Quer- schnitts des dünnen
Drahtes ist ausreichend klein, daß Zwischenräume, die zwischen der Vakuumabdichtung
und der Halterung aufgrund des dünnen
Drahtes gebildet werden, der zwischen denselben geleitet wird, nicht mehr
als einen vernachlässigbaren
Betrag an Luftfluß zwischen
dem dünnen
Draht und der flexiblen Vakuumabdichtung ermöglichen. Dementsprechend kann
ein externes Instrument die elektrische Sonde/den Knoten von Interesse
innerhalb der Vakuumkammer sondieren, während ein Vakuum erzeugt und
innerhalb der Kammer beibehalten wird, wenn das Vakuum angelegt
ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Querschnitt-Seitenansicht eines vakuumbetätigten Testsystems, das ein
Kabel eines externen Instruments geleitet unter der Vakuumabdichtung
der Halterung darstellt;
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2 eine
auseinandergezogene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gedruckte-Schaltungsanordnung-Testsystems;
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3 eine
Querschnittansicht einer vakuumbetätigten Testhalterung (auf einem
Testsystem) mit betätigtem
Vakuum, die ein Beispiel des Verbinderkabels darstellt, das unter
der Vakuumabdichtung der Halterungsoberabdeckung durchgeleitet wird
und mit einem externen Testinstrument verbunden ist;
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4A eine
perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines dünnen Drahtverbinderkabels
der Erfindung;
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4B eine
perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines dünnen Drahtverbinderkabels
der Erfindung;
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5A eine
Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels
des dünnen
Drahtverbinderkabels der Erfindung aus 4A;
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5B eine
Draufsicht des zweiten Ausführungsbeispiels
des dünnen
Drahtverbinderkabels der Erfindung aus 4B;
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6A eine
Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels
des dünnen
Drahtverbinderkabels der Erfindung aus 4A und 5A,
die eine Verbindung zu einer Sonde darstellt;
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6B eine
Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels
des dünnen
Drahtverbinderkabels der Erfindung aus 4B und 5B,
die eine Verbindung zu einer Sonde darstellt; und
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7 eine
Querschnitt-Seitenansicht der Halterung aus 3, wenn ein dünnes Drahtverbinderkabel, das
gemäß der Erfindung
implementiert ist, unter einer Vakuumabdichtung der betätigten Halterung
geleitet wird.
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Ein neues Kabel und ein Verfahren
zum Verbinden eines externen Testinstruments mit einer elektrischen
Sonde und/oder einem Knoten von Interesse, der oder die innerhalb
einer Vakuumkammer einer elektrischen Testvorrichtung vakuumabdichtbar ist,
wird hierin nachfolgend detaillierter beschrieben. Obwohl die Erfindung
im Hinblick auf spezifische darstellende Ausführungsbeispiele beschrieben
wird, wird darauf hingewiesen, daß die hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiele
ausschließlich
beispielhaft sind, und daß der
Umfang der Erfindung durch dieselben nicht eingeschränkt werden
soll.
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Bezugnehmend auf die Erfindung ist 2 eine auseinandergezogene
Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines vakuumbetätigten gedruckten
Schaltungsanordnungstesters 2 (PCA-Tester; PCA = Printed
Circuit Assembly) mit der Testhalterung 3 befestigt an
demselben und stellt die Verbindung des Testinstruments 50 mit
einer Halterungssonde 18 unter Verwendung eines ersten Ausführungsbeispiels 100a und
eines zweiten Ausführungsbeispiels 100b des
dünnen
Drahtverbinderkabels 100 der Erfindung dar. Wie dargestellt
ist, umfaßt
die vakuumbetätigte
Halterung 3 einen Halterungsrahmen 20, eine Stützplatte 28 und
eine Abdeckung 30. Der Halterungsrahmen umfaßt eine
Sondenplatte 120, die eine Mehrzahl von Sonden 18 aufweist,
die die Knoten an der Unterseite eines PCA-Testobjekts (hierin nachfolgend "DUT" = device under Test
= Testobjekt) 26 mit Stiften des Testers (nicht gezeigt)
verbindet, wenn die Halterung 3 an dem Tester 2 befestigt
ist. (Es wird darauf hingewiesen, daß Größe und Beabstandung der Sonden
in 2 übertrieben
sind, und daß die
Anzahl von Sonden in dieser Ansicht für eine deutliche Darstellung reduziert
ist. In der Praxis sind die Sonden 18 üblicherweise viel zahlreicher
und ihre Größe und Nähe zueinander
ist geringer.) Ein Vakuumverteiler 35 ist innerhalb des
Halterungsrahmens 20 gebildet und umfaßt einen externen vakuumabdichtbaren
Verbinder 35a, der mit einer Vakuumpumpe 38 verbindbar ist.
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Die Stützplatte 28 umfaßt eine
Mehrzahl von Sondenführungen 18a,
die positioniert sind, um mit den Positionen der Sonden 18 ausgerichtet
zu sein, und Ausrichtungslöcher 39a,
die positioniert sind, um mit den Positionen der Bearbeitungsstifte 39 ausgerichtet
zu sein, die an der Sondenplatte 21 angebracht sind. Bearbeitungsstifte 39 helfen
beim Ausrichten der Sonden 18 mit den Sondenführungen 18a,
wenn die Stützplatte 28 über der
Sondenplatte 21 positioniert ist. Eine flexible Vakuumabdichtung 29b ist
an der Oberseite der Sondenplatte 21 angebracht und wirkt
sowohl als eine Stützdichtungsscheibe,
wenn die Stützplatte
an der Halte rung 3 befestigt ist, als auch als eine Vakuumabdichtung,
wenn das Vakuum angelegt ist.
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Das DUT 26 umfaßt Ausrichtungslöcher 39b. Eine
flexible Vakuumabdichtung 29a ist an der Oberseite der
Stützplatte 28 angebracht.
Die flexible Vakuumabdichtung 29a wirkt als eine Stützdichtungsscheibe,
wenn das DUT 26 an der Stützplatte 28 befestigt
ist (wobei die Bearbeitungsstifte 39 durch die Ausrichtungslöcher 39b des
DUT 26 eingefügt
sind). Die flexible Vakuumabdichtung 29a wirkt ferner als eine
Vakuumabdichtung, wenn das Vakuum angelegt ist.
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Die Abdichtung 30 umfaßt eine
flexible Vakuumabdichtung 33, die an der unteren Umfangskante der
Abdeckung 30 angebracht ist. Die Dichtung 33 liegt
auf der Sondenplatte 21 auf, wenn die Halterung angeordnet
ist.
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3 zeigt
eine Querschnitt-Seitenansicht eines Testsystems, das die Vakuum-betätigte Testhalterung 3 aus 2 einlagert, nach der Betätigung der
Halterung 3. Wie dargestellt ist, umfaßt ein Tester 2 eine
Mehrzahl von Testschnittstellenstiften 9, die in einem
Array entlang der Oberseite des Testers 2 angeordnet sind.
Der Tester 2 umfaßt
eine Testerhardware 5, die unter der Steuerung einer Steuerung 6 arbeitet.
Die Steuerung 6 kann durch die Testersoftware 7 gesteuert
werden, die innerhalb des Testers 2 selbst oder entfernt über eine
Standardkommunikationsschnittstelle ausgeführt werden kann. Eine Funktion
der Steuerung 6 ist es, die Hardware 5 zu konfigurieren,
um eine elektrische Verbindung zwischen Meßschaltungen innerhalb des
Testers und jedem der Testschnittstellenstifte 9 herzustellen
oder nicht. Zu diesem Zweck ist jeder Testschnittstellenstift 9 mit der
Testerhardware durch ein Relais 4 verbunden oder von derselben
isoliert. Ein elektrischer Kontakt kann mit einem jeweiligen Testschnittstellenstift 9 hergestellt
werden, durch Schließen
des Relais. Umgekehrt kann der Stift 9 von der Testhardware
durch Öffnen
des Relais 4 isoliert werden.
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An der Oberseite des Testers und über dem Feld
des Testerschnittstellenstifts 9 ist der Testadapter 10 befestigt.
Der Halterungs-PCB-Adapter 10 weist eine Adapter-Oberplatte 11 und
eine Adapter-Führungsplatte 13 auf,
die zusammen durch die Seitenwände 12 gestützt werden.
Der Adapter 10 umfaßt
eine Mehrzahl von kompakten Schwebesonden 14, die durch
präzise
ausgerichtete Löcher
in der Führung/Platte 13 und
der Oberplatte 11 eingefügt werden. Die Führungsplatte 13 stellt
eine präzise
vertikale Ausrichtung der kompakten Schwebesonde 14 sicher.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Adapter 10 ferner eine gedruckte Sondenfeldverkleinerungs-Schaltungsplatine
(PCB; PCB = Printed Circuit Board) 15, die verwendet wird,
um das relativ größere Feld
der Testschnittstellenstifte 9 des Testers 2 in
ein relativ kleineres Sondenfeld der Größe der Halterungs-PCB 40 zu
translatieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist die Sondenfeldverkleinerungs-PCB 15 insbesondere
eine Mehrzahl von Stiften 17 auf, die an einem Ende mit
den oberen Spitzen bestimmter Testschnittstellenstifte 9 des
Testers und an dem anderen Ende mit leitfähigen Spuren an der Sondenfeldverkleinerungs-PCB 15 verbunden sind,
die zu leitfähigen
Anschlußflächen an
der Oberseite der Sondenfeldverkleinerungs-PCB 15 führen. Der
Adapter 10 umfaßt
eine Mehrzahl von einendigen Federsonden 16, deren untere
Spitzen elektrisch die leitfähigen
Anschlußflächen an
der Oberseite der Sonden Feldverkleinerungs-PCB 15 kontaktieren. Die
einendigen Federsonden 16 werden ebenfalls durch präzise ausgerichtete
Löcher
in der Führung/Platte 13 und
der oberen Platte 11 eingefügt, die Knoten von Interesse
an der Unterseite des DUT 26 entsprechen (wenn ein solches
DUT 26 an derselben befestigt ist).
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Der Halterungs-PCB-Adapter 10 ist über das Feld
des Testschnittstellenstifts 9 derart befestigt, daß die unteren
Spitzen der kompakten Schwebesonden 14 und die unteren
Spitzen der Stifte 17 der Sondenfeldverkleinerungs-PCB
mit den oberen Spitzen der entsprechenden Testschnittstellenstifte 9 des Testers 2 ausgerichtet
sind und einen elektrischen Kontakt zu denselben herstellen, wie
gezeigt ist.
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Die drahtlose Halterung 3 ist
mit einem Rahmen 20, einer Sondenplatte 21 und
einer gedruckten Halterungs-Schaltungsplatine (drahtlos) (PCB) 40 gebildet.
Die Halterungs-PCB 40 ist mit Abstandshaltern an der Sondenplatte 21 befestigt,
die ihrerseits mit dem Halterungsrahmen 20 derart verbunden
ist, daß die
oberen Spitzen der kompakten Schwebesonden 14 und die oberen
Spitzen der einendigen Federsonden 16 mit leitfähigen Anschlußflächen an
der Unterseite der Halterungs-PCB 40 ausgerichtet sind und
mit demselben einen elektrischen Kontakt herstellen. Die leitfähigen Anschlußflächen an
der Unterseite der Halterungs-PCB 40 sind elektrisch mit
leitfähigen
Anschlußflächen an
der Oberseite der Halterungs-PCB 40 mittels Spuren und
Durchkontaktierungen verbunden.
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Der Halterungsrahmen 20 umfaßt eine
Sondenplatte 21 und eine Verstärkungsplatte 23, die durch
Seitenwände 22 gestützt werden,
und eine Führungsplatte 24.
Der Halterungsrahmen 20 umfaßt eine Mehrzahl von doppelendigen
Federsonden 18, die durch präzise ausgerichtete Löcher in
der Sondenplatte 21 eingefügt werden, eine Verstärkungsplatte 23 und
eine Führungsplatte 24.
Kunststoffabstandshalter 19b und/oder Abstände 19a verhindern eine
Ablenkung und/oder ein Krümmen
der Halterungs-PCB 40 aufgrund von unausgeglichenen vertikalen
Kräften,
wenn die Anordnung während
des Tests eines DUT 26 vakuummäßig komprimiert wird.
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Der Rahmen 20 ist über dem
Halterungsadapter 10 positioniert, der die unteren Spitzen
der doppelendigen Federsonden 18 präzise auf leitfähige Anschlußflächen an
der Oberseite der Halterungs-PCB 40 ausrichtet, um einen
elektrischen Kontakt sicherzustellen.
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Die DUT-Befestigung 25 umfaßt eine
Stützplatte 28,
die an der Oberseite der Rahmensondenplatte 21 durch Schaumdichtungsscheiben
befestigt ist. Schaumdichtungsscheiben 29a sind ebenfalls
an der Oberseite der Stützplatte 28 befestigt,
um zu ermöglichen,
daß ein
DUT 26, wie z.B. eine gedruckte Schaltungsplatine an derselben
befestigt wird. Die gedruckte Schaltungsplatine 26 kann
beladen sein, einschließlich
mit einer oder mehreren elektrischen Komponenten 27, die
an derselben angebracht sind, oder sie kann eine leere Platine sein.
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Eine Abdeckung 30, die eine
obere Platte 31 und Seitenwände 32 aufweist, umfaßt eine
flexible Vakuumabdichtung 33, die an der unteren Kante
der Abdeckungsseitenwände 32 angebracht
ist. Nachdem ein DUT 26 präzise positioniert und an der DUT-Befestigung 25 ausgerichtet
ist, ist die Abdeckung 30 an der Oberseite der Stützplatte 28 so
positioniert, um das DUT 26 einzuschließen. Wie Fachleuten auf dem
Gebiet bekannt ist, kann die vakuumbetätigte Halterung 3,
wenn dieselbe betätigt
ist, eine Kompressionskraft von über
4448,22 N (1000 lbs) (oder ungefähr
68,9476·103 Pa (10 lbs/Quadratzoll) bei einem guten
Vakuum) ausüben.
Dementsprechend ist die Abdeckung mit Schubstangen 34 konfiguriert,
die an die obere Platte 31 an der Innenseite der Abdeckung 30 angebracht
sind, die ein Biegen der DUT-PC-Platine
auf ein Minimum unterstützen. Ein
Vakuumverteiler 35 ist innerhalb der Rahmenseitenwände 22 gebildet
und mit einem Vakuum 38 verbunden (2).
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Wenn ein DUT 26 getestet
werden soll, wird das Vakuum 38 angelegt, das Luft aus
den Vakuumkammern pumpt, wodurch verursacht wird, daß das DUT 26 vertikal
in der Richtung der Testhalterungssonden 18 gezogen wird.
Wenn die Halterung 3 vollständig betätigt ist, drücken die
Testerschnittstellenstifte 9 an der Halterungs-PCB 40 nach
oben gegen ihre leitfähigen
Bodenanschlußflächen (indirekt durch
die Sonden 14, 16 des Halterungsadapters 10).
Gleichzeitig drücken
die unteren Spitzen der doppelendigen Sonden 18 ge gen die
Halterungs-PCB 40 nach unten gegen ihre oberen leitfähigen Anschlußflächen. Die
oberen Spitzen der doppelendigen Sonden 18 drücken gegen
die unteren leitfähigen
Anschlußflächen des
DUT 26. Während
des Tests des DUT 26 weist die Testsoftware 7 die
Steuerung 6 an, die Testerhardware 5 zu konfigurieren, um
Verbindungen zwischen bestimmten Testerschnittstellenstiften 9 von
Interesse mit Meßschaltungen
innerhalb der Testerhardware 5 herzustellen. Die Testerhardware 5 kann
dann Messungen der zu testenden Vorrichtung oder Anschlußfläche gemäß Softwareinstruktionen
durchführen.
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Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel, wie
in 3, werden die Vakuumkammern
gebildet, wenn die Halterung 3 betätigt wird. Die erste Kammer 41 umfaßt den Raum,
der durch die Sondenplatte 21, die Stützplatte 28 und die
Vakuumabdichtung 29b eingeschlossen wird. Die zweite Vakuumkammer 42 ist
in dem Bereich gebildet, der durch die Stützplatte 28, das DUT 26 und
die Abdichtung 29a gebildet ist. Die Stützplatte weist Löcher auf,
die gemäß der Position
der elektronischen Komponenten an der PCA angeordnet sind. Luft
passiert durch diese Löcher, um
die Sondensockel und durch die erste Vakuumkammer, wenn die Halterung
betätigt
wird. Luft kann nicht in die erste Vakuumkammer von der Unterseite der
Sondenplatte 21 passieren, da die Basis der Sondensockel 18a (2) erweitert wird, wodurch
eine Preßpassung
mit der Sondenplatte 21 gebildet wird. Die dritte Vakuumkammer 43 umfaßt den Raum,
der durch die Innenseite der Abdeckung 30, die Stützplatte 28 und
die Vakuumabdichtung 33 eingeschlossen wird.
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Wenn die Halterung betätigt wird,
erstrecken sich die Halterungssonden 18 durch die Sockellöcher in
der Sondenplatte 21, um Knoten an der Unterseite des DUT 26 zu
kontaktieren. Die Stützplatte 28 ist
an jeder Seite ungefähr
1,6 cm (5/8 Zoll) größer als
das DUT 26. Die Abdichtung 33 des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
ist in ihrer Form ungefähr
quadratisch und 0,95 cm (3/8 Zoll) bis 1,27 cm (1/2 Zoll) breit.
Die Abdichtung weist einen inneren Kern und eine äußere Hülle auf.
Der innere Kern der Abdichtung 33 weist einen Schaumstreifen
auf, der für
den Luftfluß nicht undurchlässig ist.
Das Schaummaterial muß ein Niedrigkompressionssatz
sein und eine niedrige Kompressionskraft erfordern, um zuverlässig zu
arbeiten.
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Die äußere Hülle der Abdichtung 33 weist
einen dünnen
Film auf, der den Schaum umgibt, wodurch die Abdichtung luftdicht
gemacht wird. Die äußere Hülle muß flexibel
sein, um Luftlecks zwischen der Abdichtung und der Platine zu verhindern
und um die Kraft zu reduzieren, die erforderlich ist, um die Halterung
zu betätigen.
Die äußere Hülle kann
oder kann nicht an dem Schaum angebracht sein. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der Schaum des inneren Kerns ein offenzelliges Urethan und der dünne Film
der äußeren Hülle ist
eine Urethanmembran, die nicht an dem Kern angebracht ist.
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4A und 4B stellen ein erstes und
ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines dünnen
Drahtverbinderkabels 100 der Erfindung dar. Wie dargestellt
ist, weist das dünne
Drahtverbinderkabel 100 ein isoliertes dünnes Drahtkabel 105 auf,
das an einem Ende mit einem isolierten Halterungssondenverbinder 110 und
an dem anderen Ende mit einem Testinstrumentverbinder 120 verbunden
ist. Der Testinstrumentverbinder 120 kann konfiguriert
sein, um direkt mit dem Testinstrument verbunden zu sein (wie durch 100a in 2 gezeigt ist) oder kann
konfiguriert sein, um mit einer Testinstrumentsonde 200 verbunden
zu sein, die mit dem Testinstrument 50 verbunden ist (wie
durch 100b in 2 gezeigt
ist). Wenn das Testinstrument 50 z.B. ein Oszilloskop ist, verläuft eine übliche Testinstrumentsondenverbindung
durch einen BNC-Verbinder. Dementsprechend kann der Testinstrumentverbinder 120 des
dünnen Drahtverbinderkabels 100 der
Erfindung als ein BNC-Verbinder implementiert sein, um zu ermöglichen,
daß derselbe
direkt mit dem Oszilloskop verbunden ist, und um eine Verbindung
mit der Testinstru mentsonde vollständig zu eliminieren. Wenn die Testinstrumentverbindung
natürlich
ein anderer Typ einer Verbindung ist, die zu einer Verbindung mit Hocheingangsimpedanzschaltungen
in der Lage ist, ist der Testinstrumentverbinder 120 als
der geeignete Gegenverbinder implementiert, um eine elektrische Verbindung
zu ermöglichen.
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Bei einer alternativen Konfiguration
ist der Testinstrumentverbinder 120 mit der Sondenspitze 205a einer
Hocheingangsimpedanz-Testinstrumentsonde 205 eines Testinstrumentsondenkabels 200 verbunden,
die wiederum mit dem Testinstrument 50 verbunden ist. Oszilloskopsonden
stellen üblicherweise
eine Impedanz von ungefähr
1 Mohm Widerstand parallel zu ungefähr 10 pF dar. Wenn die Sondenspitze 205a der
Testinstrumentsonde 205 eine zurückziehbare federbelastete Hakenklemme
ist, kann der Testinstrumentverbinder 120 nur ein nicht isoliertes
Ende des Drahtes 102 sein oder kann als ein Stift implementiert
sein. Natürlich
kann die Testinstrumentsondenspitze in einer von vielen möglichen Formen
implementiert sein (z.B. Stiftsockel, Bananenklemme, etc.) und es
ist möglich,
daß der
Testinstrumentverbinder 120 als der geeignete Gegenverbinder
implementiert ist, um eine elektrische Verbindung zu ermöglichen.
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Der isolierte Verbinder 110 des
dünnen Drahtverbinderkabels 100 der
Erfindung umfaßt
einen elektrischen Kontakt 111. Die 5A und 5B stellen
eine Draufsicht des ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
des Halterungssondenverbinders 110 der Erfindung dar. Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
aus 5A ist der Halterungssondenverbinder 110 als
ein Teilring mit einem Federkrafthaltebügel implementiert. Genauer
gesagt weist der Halterungssondenverbinder 110 einen elektrischen
Kontakt 111 auf, der als ein Teilring 113a mit
einer Haltefeder 114 implementiert ist. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der elektrische Kontaktabschnitt 111 des Teilrings 113a unter
Verwendung von Berylliumkupfer implementiert. Eine flache Haltefeder 114 ist über den
offenen Abschnitt des Teilrings
113a angebracht. Die charakteristische Federkonstante
der Haltefeder 114 ist ausreichend, um der Haltefeder zu
ermöglichen,
zu ihrer Originalposition zurückzufedern,
sobald sie aus einer Halterungssonde entfernt wurde, an die dieselbe
angebracht wurden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Haltefeder 114 unter
Verwendung von Berylliumkupfer implementiert. Der Radius rn von dem Mittelpunkt des Teilrings 113a zu
dem nächsten Punkt
des Halterings 114 ist implementiert, um kleiner zu sein
als der Radius rP der Sonden 18.
Dementsprechend, wenn derselbe über
eine Halterungssonde 18 geschoben wird, wie in 6A gezeigt ist, wird der
Teilring 113a eng gegen die Sonde 18 innerhalb des
konkaven Abschnitts des Teilrings 113a gepreßt, durch
die Kraft der Haltefeder 114.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 5B weist der Halterungssondenverbinder 110 einen
elektrischen Kontakt 111 auf, der als ein Teil-C-Ring 113b implementiert
ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der elektrische Kontaktabschnitt 111 des Teil-C-Rings 113b unter
Verwendung von Berylliumkupfer implementiert. Der C-Ring 113b weist
einen ausreichenden Umfang auf (zumindest mit dem gleichen oder
einem kleineren Radius und mit mehr als der Hälfte des Umfangs der Sonde/des
Stifts, mit dem derselbe verbunden wird), so daß der Teil-C-Ring 113b alleine
als eine Haltefeder wirkt. Der Radius rc des
Mittelpunkts des C-Rings 113 ist implementiert, um kleiner
oder gleich als dem Radius rP der Sonden 18 zu
sein. Dementsprechend, wenn derselbe über eine Halterungssonde 18 geschoben
wird, wie in 6B gezeigt
ist, wird der C-Ring 113b eng gegen die Sonde 18 gedrückt, durch
die Kraft der Federkonstante des C-Rings 113b. Dementsprechend
wird der C-Ring 113b bei diesem Ausführungsbeispiel in Verbindung
mit der Sonde/dem Stift gehalten, ohne die Verwendung einer zusätzlichen
Haltefeder. Die charakteristische Federkonstante des C-Rings 113b ist
ausreichend, um zu ermöglichen,
daß der
C-Ring 113b zu dessen Ausgangsposition zurückfedert,
sobald er von einer Sonde/einem Stift entfernt wird, an dem derselbe
angebracht wurde.
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Der elektrische Kontakt 111 ist
elektrisch mit dem dünnen
Drahtkabel 105 des dünnen
Drahtverbinderkabels 100 verbunden, wodurch ermöglicht wird,
daß ein
Signal, das auf der Sonde 18 vorliegt, entlang des dünnen Drahtkabels 105 zu
dem Testinstrumentverbinder 120 weitergeleitet wird und
folglich zu dem externen Testinstrument.
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Vorzugsweise ist der elektrische
Kontakt 111 durch einen äußeren Isolator 112 isoliert.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
deckt der Isolator 112 den externen Abschnitt des C-Rings 113b/des
Teilrings 113a und der Haltefeder 114 ab. Der
Isolator verhindert ein Kurzschließen des Verbinders 110 mit benachbarten
Sonden oder naheliegenden elektrischen Knoten.
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In Betrieb wird der Halterungssondenverbinder 110 des
dünnen
Drahtverbinderkabels 100 über eine Halterungssonde 18 von
Interesse eingepaßt, vor
dem Schließen
und Betätigen
der Halterung 3 (siehe 2, 3, 6A, 6B).
Der Testinstrumentverbinder 120 ist mit dem Testinstrument 50 verbunden,
wie in 2 gezeigt ist.
Die Stützplatte 28 ist über der Sondenplatte 21 in
einer Ausrichtungsposition befestigt. Das DUT 26 wird in
die DUT-Befestigung 25 eingefügt und die Halterung wird durch
Schließen
der Abdeckung 30 geschlossen. An diesem Punkt wird das
dünne Drahtkabel 105 des
dünnen
Drahtverbinderkabels 100 unter der Vakuumabdichtung 29b geleitet,
derart, daß dasselbe
zwischen der Sondenplatte 21 und der Vakuumabdichtung 29b der
Stützplatte 28 verkeilt
ist.
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Die Vakuumpumpe 38 wird
dann derart betätigt,
daß ein
Vakuum innerhalb der drei vorangehend erörterten Vakuumkammern gebildet
wird, und das DUT 26 wird in elektrischen Kontakt mit den
Halterungssonden 18 gezogen. Der Tester 2 kann
dann angewiesen werden, Tests an dem DUT 26 durchzuführen, und Signale,
die an der Sonde 18 vorliegen, die an das dünne Drahtverbinderkabel 18 der
Erfindung angebracht ist, können
dann durch das externe Testinstrument 50 über das
dünne Drahtverbinderkabel 100 überwacht
werden.
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7 ist
eine Querschnittseitenansicht eines Abschnitts der Halterung 3 aus 3, wenn ein dünnes Drahtverbinderkabel 100 unter
der Vakuumabdichtung 33 der Abdeckung geleitet wird und die
Halterung 3 betätigt
wird. Wie dargestellt ist, drückt
die Vakuumabdichtung 33 gegen die Sondenplatte über dem
dünnen
Drahtkabel 105 des dünnen Drahtverbinderkabels 100 der
Erfindung. Da der Durchmesser dtw des dünnen Drahts
ausreichend klein ist (d.h. dtW ≪ dc), erzeugt der Keil nur sehr kleine Luftzwischenräume 60 an
jeder Seite des dünnen Drahtes 105,
was zu einem vernachlässigbaren
Luftlecken führt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das dünne
Drahtkabel 105 mit einem Draht 101 der Dicke 30 mit
einer Außenisolierung 102 implementiert,
die einen Querschnittsdurchmesser dtW (einschließlich der
Isolierung) von 0,0075 cm (0,019 Zoll) aufweist.
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Eine typische bekannte Instrumentsonde verwendet
ein Koaxialkabel 200 (siehe 1),
dessen charakteristische Impedanz durch das Verhältnis von dem inneren zu dem äußeren Leiterdurchmesser bestimmt
wird, und die Materialeigenschaften des Dielektrikums. Ein Koaxialkabel 200 wird
durch einen physischen Kanal 201 gebildet, der das Signal
trägt, umgeben
(nach der Isolierungsschicht 202) von einem anderen konzentrischen
physischen Kanal 203, wobei beide entlang derselben Achse
laufen. Der äußere Kanal 203 dient
als Masse. Das Kabel 200 kann in eine einzelne äußere konzentrische
Ummantelung 204 plaziert sein, die üblicherweise einen großen Durchmesser
aufweist, um die physische Stärke
des Kabels zu erhöhen,
um einen Schaden zu verhindern.
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Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden
Erfindung ist, daß das
dünne Drahtkabel 105 eine
kapazitive Massekopplung verwendet, die den Bedarf nach einer Massedrahtverbindung
eli miniert (und daher den Querschnittdurchmesser des Kabels bedeutend
reduzieren kann). Bei bekannten Sondierungstechniken umfaßt eine
Sonde einen Masseanschlußleitungsverbinder,
der mit der gemessenen Schaltungsmasse verbunden ist, um einen Rück-Signalweg
zu liefern. Die Einschränkung
für eine
gute Vakuumabdichtung ist jedoch der Durchmesser des Kabels.
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Das bekannte Vakuumabdichtungsproblem wird
durch die Verwendung des dünnen
Drahtkabels der Erfindung gelöst.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das dünne
Drahtverbinderkabel verwendet, um AC-Signale zu sondieren, und beseitigt
daher den Massedraht durch Verwenden einer kapazitiven Kopplung
mit Masse. Bei einer Implementierung ist das dünne Drahtkabel 105 ein
normaler Draht (mit einer ungefähren
Dicke von 30). Dementsprechend bildet die Kapazität zwischen
der Außenseite
des Koaxialkabels und der Masse einen Teil der Meßschaltung.
Eine kapazitive Kopplung wird normalerweise nicht für Testinstrumentsonden
verwendet, aufgrund des RC-Dämpfungsfaktors.
AC-Schaltungen, die beim PCA-Testen verwendet werden, arbeiten jedoch üblicherweise
mit einer Frequenz, die hoch genug ist, daß sich das AC-Signal ändert, bevor
der Signalzustand auf dem Kabel eine Chance hat, gedämpft zu
werden. Insbesondere bilden der dünne Draht, die kapazitiv gekoppelte
Masse und die Eingangsimpedanz der externen Sonde/Instrument ein
Bandpaßnetzwerk,
das eine obere Grenzfrequenz von 100 MHz aufweist. Diese Grenze
ist akzeptabel, da ein schaltungsinterner Test nicht mit der bemessenen
Geschwindigkeit des DUT arbeitet. Der Agilent 3070 PCA In-Circuit
Tester von Agilent Technologies, Inc. in Palo Alto, CA. bietet Optionen
von 6, 12 und 60 MHz für
maximale Geschwindigkeit.
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Bei der Implementierung muß die Kapazität zu Masse
C9 viel größer sein als die Eingangskapazität Ci (d.h. C9 ≫ Ci). Dies ermöglicht ein Koppeln der AC-Signale,
wodurch ein Rückweg
für das
Meßsignal bereitgestellt
wird. Durch Verwenden eines AC-gekoppelten Massewegs liefert dieses
Aus führungsbeispiel
kurze Einschwingzeiten für
Hochleistungszykluslastbedingungen und erfordert nicht eine Mehrzahl von
Hochstrommassewegen zwischen der Last- und der Meß-Schaltung. Zusätzlich dazu
ist ein vorteilhaftes Merkmal der AC-Massekopplung, daß ein relativ langes
Kabel verwendet werden kann, um mit der DUT verbunden zu werden,
ohne Schleifenstabilität oder
Geschwindigkeit zu opfern.
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Wenn DC-Messungen durchgeführt werden müssen, muß natürlich ein
separater Dünndraht-Massedraht
bereitgestellt sein.
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Zusammenfassend ist das dünne Drahtverbinderkabel
der Erfindung gegenüber
bekannten Sondenkabeln vorteilhaft, dadurch, daß es die Erzeugung einer guten
Vakuumabdichtung durch die Verwendung eines normalen Drahtes und
einer kapazitiven Massekopplung ermöglicht, um die Außenabschirmung
des Kabels zu beseitigen, das unter den Niedrigfrequenzbedingungen
arbeitet, die durch den schaltungsinternen Test auferlegt werden.