Brevet FR2642847A1 — publié le 19900810

SYSTEME D'INTERFACE DE MESURE PAR UN ANALYSEUR LOGIQUE DES SIGNAUX NUMERIQUES D'UN CIRCUIT INTEGRE. La présente invention concerne un système d'interface pour la mesure à très haute fréquence des signaux de sorties d'un circuit intégré numérique, au moyen d'un analyseur logique. Les analyseurs logiques disponibles sur le marché de l'instrumentation sont parfaitement adaptes à l'analyse des signaux numériques dans des cas relativement simples : peu de voles d'entrées, mesurées directement, et à des fréquences relativement basses : de 20 à 70-MHz, parce que I'horloge et l1échantfflonneur-bloqueur à l'entrée de l'analyseur logique sont conçus pour travailler à ces fréquences, et jusque 700 MHz au maximum. Au delà, les résultats sont aberrants. Un objet de l'invention est de permettre de faire, avec un analyseur logique commercial, des mesures sur des circuits intégrés ayant un grand nombre de sorties, à une fréquence de sortie de l'ordre de 1 GHz, et avec une grande précision, ces trois critères étant jusqu'à présent contradictoires dans le domaine considéré. Un autre objet de l'invention est d'éviter les interférences qui, à 1 GHz, interviennent facilement entre les câbles blindés qui courent entre le circuit integre, sur la platine de l'appareil de test, et l'analyseur logique. Un autre objet de l'invention est de permettre l'adaptation des sorties. En effet, les circuits intégrés à mesurer sont, à ces fréquences, réalisés en GaAs ou matériaux du groupe III-V plutôt qu'en silicium, et leurs données de sorties sont souvent acquises par des circuits silicium de type TTL, ECL, CMOS, NMOS ... etc Il faut donc dans certains cas, et sur certaines sorties, appliquer une tension de rappel pour que les sorties soient adaptées au niveau du circuit d'acquisition. Un autre objet encore de l'invention est de protéger les sondes d'acquisition de l'analyseur logique. Les appareils disponibles sont livrés avec, pour chaque entrée de mesure, un câble blindé à l'extrêmité duquel se trouve une sonde, qui est un petit circuit de remise en forme des signaux numériques. Cette sonde comprend quelques transistors en GaAs et un dispositif de connexion : elle est très fragile et extrêmement coûteuse. Le système dtinterface selon l'invention, essentiellement dédié aux circuits intégrés plutôt qu aux transistors ou dispositifs à très petit nombre de sorties numériques, consiste donc en un coffret, dans lequel sont enfichés une pluralité de tiroirs-modules, qui stinterpose entre une même pluralité de câbles blindés provenant chacun d'une sortie de l'appareil de test du circuit intégré - sous pointe stil est en puce, ou encapsulé dans un microboitier - et une même pluralité de câbles blindés réunis aux entrées de l'analyseur logique. Pour simplifier la description, seulement un tiroir du coffret sera décrit, car les tiroirs sont tous identiques, chacun comprenant - une face avant qui supporte trois connecteurs coaxiaux pour l'entrée des signaux numériques, leur sortie vers un oscilloscope de visualisation, et une entrée de tension continue de rappel - un substrat diélectrique qui supporte le Té de polarisation et le réseau d'impédances de rappel, ainsi que la sonde appartenant à l'analyseur logique - un déflecteur métallique, fixé sur le substrat céramique, fait office simultanément de blindage électromagnétique et de déflecteur pour l'air de refroidissement soufflé par un ventilateur. De plus, chaque systeme dtinterface comprend un commutateur-rotacteur pour choisir l'impédance de rappel convenable pour chaque tiroir. De façon plus précise, l'invention concerne un système d'interface de mesure par un analyseur logique d'une pluralité de voies de signaux numériques issus d'un circuit intégré. hyperfréquence, ce système, formant interface mécanique et électrique entre de premiers câbles blindés qui transportent les signaux issus du circuit intégré et de seconds câbles blindés munis de sondes à haute impédance qui constituent les entrées de l'analyseur logique, étant caractérisé en ce qu'il est modulaire et formé par une même-pluralité de tiroirs montés dans un coffret, chaque tiroir comportant - une face avant sur laquelle sont fixés un connecteur coaxial d'entrée des signaux numériques, et un connecteur coaxial de sortie des mêmes signaux numériques vers un oscilloscope, - fixé sur la face avant, un substrat diélectrique dont une face est au moins partiellement métallisée en plan de masse, et dont l'autre face supporte une sonde à haute impédance, connectée à un circuit d'entrée en lignes microbandes vers les deux connecteurs coaxiaux, et à un circuit de polarisation comprenant au moins une self et une capacité ainsi qu'une entrée pour une tension continue de polarisation, - une plaque métallique, fixée par des moyens mecaniques sur le substrat diélectrique, du côté qui porte le circuit hyperfréquence et dans un plan parallèle à celui du substrat, fait office de blindage electromagnétique du circuit hyperfréquence, de protection mécanique de la sonde et de déflecteur pour un flux d'air de refroidissement de la sonde. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée qui suit maintenant d'un exemple d'application, en s'appuyant sur les figures jointes en annexe qui représentent - figure 1 vue latérale d'ùn tiroir, donnant le schéma électrique d'interfaçage - figure 2 : vue de 3/4 d'un tiroir1 montrant l'aspect mécanique - figure 3 vue éclatée de la fixation par l'arrière d'une sonde de mesure de l'analyseur numérique. Dans la description qui suit, l'invention peut être considérée simultanément sur les figures 1 et 2 : la figure 1 est schématisée pour mieux faire ressortir le circuit électrique, tandis que la figure 2, partiellement écorchée, met en évidence le montage mécanique qui assure une bonne immunité aux interférences électro-magnétiques. Chacun des tiroirs ou modules du système d'interface selon l'invention comprend une face avant 1 qui supporte trois connecteurs coaxiaux - le premier connecteur 2 reçoit le câble blindé qui provient de l'appareil de test, et apporte le signal numérique à analyser, - le second connecteur 3, réuni directement au précédent, permet si on en a besoin de visualiser lesignal numérique d'entrée sur un oscilloscope, par exemple pour contrôler son état et son niveau, à I'entrée de la sonde de mesure, - le troisième connecteur 4 constitue une entrée de tension continue, pour l'adaptation en niveau de rappel. Sur cette face avant 1 est fixée, par des moyens connus qui n'ont pas à être détaillés içi, une plaque de substrat diélectrique 5. Ce substrat est en un matériau tel que céramique, verre-époxyde ou Duroïd par exemple, mais ayant une constante diélectrique telle qu'il soit possible d'y réaliser des lignes microbandes. En effet, toutes les liaisons électriques concernées par les signaux numériques hyperfréquences qui sont réalisées sur le substrat 5 le sont en microbandes adaptées en fréquence et en impédance : ces lignes microbandes ne sont représentées sur les figures 1 et 2 par de simples traits que dans le seul but de simplifier les schémas électriques. De ce fait également, la face cachée du substrat diélectrique 5 est au moins partiellement métallisée, pour assurer le plan de masse des lignes microbandes. L'âme du premier connecteur coaxial 2 est directement brasée sur une microbande 6, qui la réunit à la sonde 7 de Itanalyseur logique, par l'intermédiaire d'un connecteur 8. Dans certains cas, une capacité de liaison 9 peut être introduite dans la ligne d'entrée elle est représentée sous forme dtune puce de composant montable en surface, en pointillés. La sonde de mesure 7 de l'appareil d'analyse, dont il a été dit à quel point elle est fragile et côuteuse, est fixée sur le substrat diélectrique 5 par des moyens mécaniques non représentés : elle est ainsi protégée des chocs et interférences électromagnétiques, en particulier par la plaque de blindage sur laquelle on reviendra plus loin. Le cordon plat 10 de sortie de la sonde 7 sort vers l'arrière du coffret d'interface, où il est fixé, comme montré en figure 3. Au niveau de entrée, une microbande 11 réunit les âmes des premier et second connecteurs coaxiaux 2 et 3 : ceci permet une sortie vers une visualisation, par exemple pour contrôler le niveau et la forme des signaux numériques à l'entrée. Par ailleurs, la compatiblité entre un circuit en GaAs, à mesurer, et les circuits silicium ECL, TTL, CMOS... etc de mesure ou de son environnement electrique y exige une tension supplémentaire de rappel des niveaux de sortie soit à une tension différente de la masse, soit à une tension quelconque sous une impédance différente de celle des lignes adaptées. Cette tension de rappel est appliquée sur la microbande d'entrée 6 à travers un Té de polarisation qui, pour autoriser une large gamme de mesure, est formé par une pluralité de cellules LC en série : la tension est appliquée sur la self, et la capacité est connectée à la masse.Sur la figure 1 > on a représenté quatre cellules LC formées par quatre selfs 12,13,14 et 15,. et quatre capacités 17,18,19, et 20, mais le nombre de cellules ne limite pas la portée de l'invention. Le système s'adapte automatiquement à la fréquence du signal. Dans le Té de polarisation, toutes les liaisons entre éléments sont faites en technologie microruban, et les selfs et capacités sont rapportées sous forme de composants discrets, bien que la réalisation de selfs gravées en même temps que les lignes microrubans soit une variante prévue par l'invention. La tension de rappel est appliquée en 21, sur la dernière self 15 du Té de polarisation. Cette tension de rappel est fournie à partir d'une tension continue appliquée sur le connecteur coaxial 4 en face avant du tiroir. Par un câblage ordinaire - puisque c'est un courant continu - cette tension est adressée à un selecteur d'impédance constitué d'une pluralité de résistances 22,23,24, et 25. Ces résistances peuvent être montées en parallèle, comme représenté, ou en série : ce ntest qu'une question de choix des valeurs. Le nombre de résistances n'est pas non plus limitatif de l'invention: : il dépend des conditions d'analyse, et quatre résistances peuvent correspondre, par exemple, à des interfaces adaptés à ECL, TTL, CMOS, NMOS. Le choix de la valeur dé l'impédance de rappel peut bien évidemment être fait directement sur le tiroir par un commutateur à plusieurs positions. Cependant, puisqu'il a été dit que le système d'interface est destiné à l'analyse de circuits intégrés à grand nombre de sorties - par exemple 8,16 ou 32 bits - il est plus efficace de reporter la sélection sur un commutateur unique, intégré dans le système mais externe aux tiroirs. Dans les exemples cités, ce pourra être un commutateur à 8,16 ou 32 galettes à 4 positions chacune, ou bien un petit programmateur logique, qui permette de choisir pour chaque tiroir - donc pour chaque voie de mesure - l'impédance qui lui convient. Cet organe de choix de l'impédance de rappel est symbolisé sur la figure 1 par un commutateur 26. Comme il peut être indépendant de chaque tiroir, les Iiaisons électriques se font au moyen d'un connecteur 27 fixé sur le substrat 5, en rapport avec un connecteur de fond de panier, non représenté. Le tiroir d'interface est complété par des moyens mécaniques, tels que par exemple quatre colonnettes 28, fixées dans les coins du substrat diélectrique 5, qui soutiennent une plaque métallique 29 dans un plan parallèle à celui du substrat 5. Cette plaque 29 est en un métal, tel que le MUmétal, qui assure un bon blindage électromagnétique de la sonde de mesure 7. Il est donc préférable que les moyens de fixation 28 soient conducteurs de l'électricité de façon à former une cage de Faraday entre le plan de masse porté par le substrat diélectrique 5 et la plaque de blindage 29. La plaque de blindage 29 est de dimensions assez grandes pour qu'il n'y ait pas de solution de continuité entre les câbles blindés : elle blinde depuis les embases des connecteurs coaxiaux 2 et 3 jusqu'à la sonde 7, de sorte que chaque tiroir est un élément du blindage des circuits qui véhiculent les signaux numériques jusqu'à l'analyseur logique. Mais cette plaque a deux autres fonctions annexes. D'abord, elle rigidifie le tiroir et sert de protection mécanique à la sonde 7, dont il a été dit qu'elle est à la fois très fragile et très côuteuse. Ensuite, elle sert de déflecteur à un flux d'air de refroidissement, généré par des ventilateurs placés sous le coffret du système d'interface, pour refroidir la sonde 7. Sur la figure 1, la plaque 29 est supposée transparente pour laisser voir les circuits sur le substrat diélectrique 5. Il a été dit que la sonde de mesure 7 fait partie de l'analyseur logique, et qu'elle lui est reliée par un câble blindé, muni d'un raccord plastique de manipulation de le sonde. La figure 3 montre comment ce câble blindé est maintenu, à l'arrière du coffret, de façon à ne pas exercer d'effort mécanique sur la sonde 7 ou son câble plat 10. Entre le câble blindé 30 et le câble plat 10 se trouve une épissure électrique noyée dans un surmoulage plastique 31. Ce surmoulage a deux flancs parallèles 32, qui sont insérés dans une gorge 33, de dimensions appropriées, qui fait partie d'un peigne 34, en matériau rigide.La profondeur de la gorge 32 est très légèrement inférieure à la hauteur du surmoulage 31, de telle sorte qu'il est facile de l'immobiliser au moyen d'un couvercle 35, vissé sur le peigne 34. Le peigne 34 est fixé rigidement sur la face arrière du coffret, à une hauteur en relation avec les sorties 10 des tiroirs d'interface : ainsi, les efforts exercés sur les câbles blindés 30 sont annulés à hauteur du surmoulage 31, et ne sont pas transmis à la sonde 7. Bien entendu, le peigne 34 comporte autant de gorges 33 qu?il y a d'étages de tiroirs si ceux-ci sont superposés dans un coffret de 16 ou 32 tiroirs par exemple. Le système d'interface selon l'invention consiste donc en un coffret, par exemple à la norme internationale de 19 pouces, dont la face avant est constituée d'une pluralité de tiroirs dtinterface tel que celui qui a été décrit, et dont la face arrière supporte autant de peignes que nécessaire pour immobiliser les câbles blindés de sorties vers l'analyseur logique. Il comporte également, en face avant, un commutateur de distribution des impédances de rappel, et, sur sa face inférieure, au moins un ventilateur. Ce type de coffret électronique est suffisammment connu pour qu'une représentation ne soit pas nécessaire. Par les avantages qu'il apporte, notamment le blindage électromagnétique de tout le circuit hyperfréquence, il permet, moyennant une modification du logiciel de l'analyseur logique, d'effectuer des mesures de grande précision à des fréquences d'analyse de 1 GHz sur des circuits intégrés numériques en arséniure de gallium. REVENDICATIONS 1 - Système d'interface de mesure par un analyseur logique d'une pluralité de voies de signaux numériques issus d'un circuit intégré hyperfréquence, ce système, formant interface mécanique et électrique entre de premiers câbles blindés qui transportent les signaux issus du circuit intégré et de seconds câbles blindés munis des sondes à haute impédance qui constituent les entrées de l'analyseur logique, étant caractérisé en ce qu'il est modulaire et formé par une même pluralité de tiroirs montés dans un coffret, chaque tiroir comportant - une face avant (1) sur laquelle sont fixés un connecteur coaxial (2) d'entrée des signaux numériques et un connecteur coaxial (3) de sortie des mêmes signaux numériques vers un oscilloscope, - fixé sur la face avant (1), un substrat diélectrique (5) dont une face est au moins partiellement métallisée en plan de masse, et dont l'autre face supporte une sonde (7) à haute impédance, connectée (8) à un circuit d'entrée en lignes microbandes (6,11) vers les deux connecteurs coaxiaux (2,3), et à un circuit de polarisation comprenant au moins une self (12) et une capacité (17) ainsi qu'une entrée (21) pour une tension continue de polarisation, - une plaque métallique (29), fixée par des moyens mécaniques (28) sur le substrat diélectrique (5), du côté qui porte le circuit hyperfréquence et dans un plan parallèle à celui du substrat (5), fait office de blindage électromagnétique du circuit hyperfréquence, de protection mécanique de la sonde (7) et de déflecteur pour un flux d'air de refroidissement de la sonde. 2 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tiroir comporte en outre un circuit de sélection d'une impédance de rappel correspondant à l'adaptation du circuit intégré à mesurer à un environnement de différentes technologies, ce circuit comportant en face avant (1) un connecteur coaxial (4) sur lequel est appliquée une tension continue, et, sur le substrat (5) une pluralité de résistances (22 à 25) formant un sélecteur d'impédance continue, ainsi qu'un commutateur (26) de choix de l'impédance de rappel appliquée (21) sur le circuit de polarisation (12,17) des signaux numériques d'entrée. 3 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque tiroir, le substrat (5) est en un matériau diélectrique tel que céramique ou verre-époxy dont la constante - diélectrique permet de réaliser toutes les liaisons hyperfréquences en lignes microbandes (6,11). 4 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque tiroir, une capacité (9) de liaison est insérée entre la microbande d'entrée (6) et le connecteur (8) de raccordement à la sonde (7) à haute impédance. 5 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque tiroir, le circuit de polarisation est constitué par une pluralité de cellules LC (12 + 17,13 + 18, 14 + 19,15 + 20) en série, danse but de permettre les mesures dans une large bande hyperfréquence, la tension de polarisation étant appliquée (21) sur la dernière cellule. 6 - Système d'interface selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque tiroir comporte un commutateur (26) de choix de l'impédance de rappel appliquée (21) sur le circuit de polarisation 7 - Système dtinterface selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en vue de distribuer une pluralité d'impédance de rappel vers une pluralité de tiroirs, ce système comporte en outre un dispositif de commutation unique (26), comportant autant de sorties qu'il y a de tiroirs dans le système, l'interfaee entre les tiroirs et le commutateur unique (26) étant assuré par un connecteur (27) porté par chaque substrat (5). 8 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque métallique (29) de blindage est de dimensions suffisantes pour assurer la continuité du blindage des signaux numériques depuis le connecteur coaxial (2) d'entrée jusqu'à la sonde de mesure (7). 9 - Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vue d'annuler les contraintes exercées par les seconds câbles blindés (30) sur les sondes (7), ceux-ci sont bloqués, au niveau de ltépissure (31) de raccordement à la sonde (7), dans les gorges (33) d'un peigne (34) rigide, supporté par la face arrière du coffret, et fermé par un couvercle (35)