(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の外面層と第２の外面層と第１の内面層と第２の内面層と貫通する開口を規定する内周とを有する基板と、
複数の第１のビアホールに複数の第１のトレースにてそれぞれ結合された複数の第１のセンサパッドを有し、上記複数の第１のセンサパッドは上記内周上に露出して配置されている第１のループと、
複数の第２のビアホールに複数の第２のトレースにてそれぞれ結合された複数の第２のセンサパッドを有し、上記複数の第２のセンサパッドは上記内周上に露出して配置されている第２のループとを含み、
ＲＦ電流を運ぶための導線が、上記開口を通って延びており、上記第１のループおよび上記第２のループは、上記導線を流れるＲＦ電流の流れを示す電気信号を生成する、ＲＦ電流を測定する高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２】
第１の円状導電性リングと第２の円状導電性リングとをさらに含み、上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングはそれぞれ、複数の第３のトレースによって複数の第３のセンサパッドに結合されており、
上記第１の円状導電性リングは、複数の第３のビアホールにて、上記第２の円状導電性リングにさらに結合されており、
上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングは、上記導線のＲＦ電圧を示す第２の電気信号を生成する、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項３】
上記複数の第３のセンサパッドは、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドのうちの少なくとも１つのセンサパッドを含む、請求項２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項４】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッド、上記複数の第２のセンサパッド、および上記複数の第３のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項５】
上記基板は、第３の内面層および第４の内面層を含み、
上記第３の内面層上には、上記第１の円状導電性リングが形成されると共に、
上記第４の内面層上には、上記第２の円状導電性リングが形成されており、
上記第３の内面層と上記第４の内面層との間には、複数の第３のビアホールが延びている、請求項２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項６】
上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記内周を横断して均一に離間されている、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項７】
上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記導線から上記複数の第１のセンサパッドまでの距離と、上記導線から上記複数の第２のセンサパッドまでの距離との合計が一定に維持されるように、上記内周に沿って配置されている、請求項６に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項８】
上記第１のループおよび上記第２のループは、１つの共通のグランドを共有している、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項９】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１０】
上記第１の外面層および上記第２の外面層は、接地平面である、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１１】
上記複数の第１のトレースおよび上記複数の第２のトレースは、上記第１の内面層および上記第２の内面層の上に形成されており、上記第１の内面層と上記第２の内面層との間を、上記複数の第１のビアホールおよび上記複数の第２のビアホールが延びている、請求項１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１２】
貫通する開口を規定する内周を有する基板と、
複数の第１のビアホールに複数の第１のトレースにてそれぞれ結合された複数の第１のセンサパッドを有し、上記複数の第１のセンサパッドは、上記内周に沿って露出して延びると共に、上記内周を横断して均一に離間されている第１のループと、
複数の第２のビアホールに複数の第２のトレースにてそれぞれ結合された複数の第２のセンサパッドを有し、上記複数の第２のセンサパッドは、上記内周に沿って露出して延びると共に、上記内周を横断して均一に離間されている第２のループとを含み、
ＲＦ電流を運ぶための導線が、上記開口を通って延びており、上記第１のループおよび上記第２のループは、上記導線を流れるＲＦ電流の流れを示す電気信号を生成する、ＲＦ電流を測定する高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１３】
第１の円状導電性リングおよび第２の円状導電性リングをさらに含み、上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングはそれぞれ、複数の第３のトレースによって複数の第３のセンサパッドに結合されており、
上記第１の円状導電性リングは、複数の第３のビアホールによって上記第２の円状導電性リングにさらに結合され、
上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングは、上記導線のＲＦ電圧を示す第２の電気信号を生成する、請求項１２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１４】
上記複数の第３のセンサパッドは、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドのうちの少なくとも１つのセンサパッドを含む、請求項１３に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１５】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッド、上記複数の第２のセンサパッド、および上記複数の第３のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項１３に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１６】
上記第１の円状導電性リングは、上記導線の縦軸に直交する平面を規定する、請求項１３に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１７】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項１２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１８】
上記複数の第１のトレースおよび上記複数の第２のトレースは、上記基板の第１の内面層および第２の内面層の上に形成され、上記第１の内面層と上記第２の内面層との間を、上記複数の第１のビアホールおよび上記複数の第２のビアホールが延びている、請求項１２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項１９】
上記第１のループおよび上記第２のループは、１つの共通のグランドを共有している、請求項１２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２０】
上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記導線から上記複数の第１のセンサパッドまでの距離と上記導線から上記複数の第２のセンサパッドまでの距離との合計が一定に維持されるように、上記内周に沿って配置されている、請求項１２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２１】
貫通する開口を規定する内周を有する基板と、
複数の第１のビアホールに複数の第１のトレースにてそれぞれ結合された複数の第１のセンサパッドを有し、上記複数の第１のセンサパッドは上記内周に沿って露出して延びている第１のループと、
複数の第２のビアホールに複数の第２のトレースにてそれぞれ結合された複数の第２のセンサパッドを有し、上記複数の第２のセンサパッドは上記内周に沿って露出して延びている第２のループとを含み、
ＲＦ電流を運ぶための導線が、上記開口を通って延びており、上記第１のループおよび上記第２のループは、上記導線を流れるＲＦ電流の流れを示す電気信号を生成する、ＲＦ電流を測定する高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２２】
第１の円状導電性リングおよび第２の円状導電性リングをさらに含み、上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングはそれぞれ、複数の第３のトレースによって複数の第３のセンサパッドに結合されており、
上記第１の円状導電性リングは、複数の第３のビアホールによって上記第２の円状導電性リングにさらに結合され、
上記第１の円状導電性リングおよび上記第２の円状導電性リングは、上記導線のＲＦ電圧を示す第２の電気信号を生成する、請求項２１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２３】
上記複数の第３のセンサパッドは、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドのうちの少なくとも１つのセンサパッドを含む、請求項２２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２４】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッド、上記複数の第２のセンサパッド、および上記複数の第３のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項２２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２５】
上記第１の円状導電性リングは、上記導線の縦軸に直交する平面を規定する、請求項２２に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２６】
上記基板は基板長さを有し、上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記基板長さに沿って延びている、請求項２１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２７】
上記複数の第１のトレースおよび上記複数の第２のトレースは、上記基板の第１の内面層および第２の内面層の上に形成され、上記第１の内面層と上記第２の内面層との間を、上記複数の第１のビアホールおよび上記複数の第２のビアホールが延びている、請求項２１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【請求項２８】
上記複数の第１のセンサパッドおよび上記複数の第２のセンサパッドは、上記導線から上記複数の第１のセンサパッドまでの距離と上記導線から上記複数の第２のセンサパッドまでの距離との合計が一定に維持されるように、上記内周に沿って配置されている、請求項２１に記載の高周波（ＲＦ）センサ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００８年４月１０日出願のＵＳ仮出願番号第６１／０４３，９３４号の利益を主張するものである。当該出願の開示内容を、本願に引用して援用する。
【０００２】
［分野］
本発明は、高周波センサに関するものであり、より詳細には、直交高周波電圧／電流センサに関する。
【０００３】
［背景］
プローブとしても知られる高周波（ＲＦ）電流センサは、ＲＦ導線を流れる電流の流れの大きさを示す信号を生成するものである。この電流プローブは、電圧プローブと組み合わせて、ＲＦ電圧／電流（ＶＩ）プローブを形成することが可能である。このＲＦ電圧／電流（ＶＩ）プローブは、ＲＦグランドまたはシールド導電体といった基準電位に対するＲＦ電圧を示す第２の信号を生成する。
【０００４】
ＲＦ電流プローブやＶＩプローブは、ＲＦ制御回路において用いられ、フィードバック情報を提供する。前記フィードバック情報は、測定中のＲＦ電力を供給する高周波増幅器を制御するために用いられる。前記ＲＦ電力は、半導体製造プロセス、金属被膜プロセス、またはマイクロマシン加工プロセス用のプラズマを生成する等のアプリケーションに用いられる。
【０００５】
［概要］
本発明のＲＦ電流を測定する高周波（ＲＦ）センサは、基板を含み、前記基板は、第１の外面層と、第２の外面層と、第１の内面層と、第２の内面層と、上記基板を貫通する開口を規定する内周とを含む。上記高周波（ＲＦ）センサは、複数の第１のビアホールに複数の第１のトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）にてそれぞれ結合された複数の第１のセンサパッドを有する第１のループと、複数の第２のビアホールに複数の第２のトレースにてそれぞれ結合された複数の第２のセンサパッドを有する第２のループとをさらに含む。これら複数の第１のセンサパッドおよび第２のセンサパッドは、基板の内周上に配置されている。ＲＦ電流を運ぶための導線が、上記開口を通って延びており、上記第１のループおよび第２のループは、前記導線を流れるＲＦ電流の流れを示す電気信号を生成する。
【０００６】
本発明のＲＦ電流を測定する高周波（ＲＦ）センサは、基板を含み、前記基板は、第１の接地平面と、第２の接地平面と、前記基板を貫通する開口を規定する内周とを有する。上記高周波（ＲＦ）センサは、複数の第１のビアホールに複数の第１のトレースにてそれぞれ結合された複数の第１のセンサパッドを有する第１のループと、複数の第２のビアホールに複数の第２のトレースにてそれぞれ結合された複数の第２のセンサパッドを有する第２のループとをさらに含む。これら複数の第１のセンサパッドおよび第２のセンサパッドは、基板の内周に沿って延びていると共に、基板の内周を横断して均一に離間されている。ＲＦ電流を運ぶための電線が、上記開口を通って延びており、上記第１のループおよび第２のループは、前記導線を流れるＲＦ電流の流れを示す電気信号を生成する。
【０００７】
本発明のさらなる適用範囲は、以下に記載する詳細な説明から明らかであろう。詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、説明する目的だけを意図するものであって、決して本発明の範囲を制限することを意図するものではないことは、理解されよう。
【０００８】
［図面の説明］
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより良く理解されよう。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサを示す平面図である。
【００１０】
図２は、本発明の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサにおける電流センサのトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）を示す等角図である。
【００１１】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図２の電流センサのトレースを示す平面図である。
【００１２】
図４は、本発明の他の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサにおける電流センサのトレースを示す平面図である。
【００１３】
図５（ａ）は、従来技術の電流センサを示す概略的な図である。
【００１４】
図５（ｂ）〜（ｃ）および図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る電流センサを示す概略的な図である。
【００１５】
図７は、図６の電流センサにおける、Ａ点とＢ点との間の電圧と、導線の電圧との容量結合の関係を示す回路の回路図である。
【００１６】
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサを示す概略的な図である。
【００１７】
図９（ａ）〜（ｂ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサの円状導電性リングを示す平面図である。
【００１８】
［詳細な説明］
以下の説明は、単に本質を説明するものであり、決して、本発明、そのアプリケーション、または用途を制限することを意図するものではない。明瞭にするために、同一の参照番号を図面において用いて、類似の部材を特定している。ここで用いるように「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」という表現は、非排他的且つ論理的な「または」を用いて、論理的な（Ａ、またはＢ、またはＣ）を意味するものと解釈されたい。一つの方法における複数のステップは、異なる順番で実施してもよく、こうすることによっても本発明の原理は変わらないことを理解されたい。
【００１９】
ここで用いるように、「モジュール」という表現は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、（共有、専用、集合）プロセッサ、および、１つまたは複数のソフトウェアプログラム若しくはファームウェアプログラムを実行するメモリ、組み合わせ論理回路、および／または、記載する機能を提供する他の好適な構成要素に関する。
【００２０】
ここで、図１を参照する。この図には、直交高周波（ＲＦ）電圧／電流（ＶＩ）プローブ１０が示されている。ＶＩプローブ１０は、少なくとも４つの導電層を有するプリント基板（ＰＣＢ）１２を備えている。第１の外面層１４ａおよび第２の外面層１４ｂは、互いに平行であり、ＰＣＢ１２の絶縁基板によって離間された関係で維持されている。第１の層１４ａおよび第２の層１４ｂを、集合的に接地平面（ground plane）１４と呼ぶ。接地平面１４は、多数のビアホール１６によって互いに電気的に接続されている。ビアホール１６は、開口１８の円周の周りにおいて放射状に設けられているとすることができる。ビアホール１６は、ＰＣＢ１２の内層から電気的に絶縁されている。これについて、以下に説明する。接地平面１４およびビアホール１６は、測定するＲＦ電流が流れる同軸ケーブル（図示しない）の外層に接続されている。前記同軸ケーブルの中心導体は、開口１８内において軸方向かつ同心円状に配置されている導線２０に接続されている。ＶＩプローブ１０は、また、複数の取り付け穴１３を含み、これら取り付け穴１３は、ＶＩプローブ１０を、制御するＲＦ発電機（図示しない）に結合させることを容易にしている。
【００２１】
複数の第２のビアホール２２は、接地平面１４から電気的に絶縁されていると共に、ＰＣＢ１２の内層上に位置する電流ループバックトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）同士を接続させている。複数の第３のビアホール２４も接地平面１４から電気的に絶縁されており、これら第３のビアホール２４は、電圧センサ磁界キャンセル構造の一部を形成している。ビアホール２２・２４および、これらに関連するＰＣＢ１２の内層上のトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）について、以下に、より詳細に説明する。
【００２２】
ＰＣＢ１２は、総称的に２８にて示されるトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）およびパッドを含んでいる。前記トレースおよびパッドは、電子回路部品を取り付けるためのものであり、これによって、電子回路部品は、接地平面１４とＰＣＢ１２の各内層に設けられた種々のトレースとに接続される。前記電子回路部品の例には、電子回路に電力を供給するための、および／または、前記電子回路から電気信号を得るための、コネクタ、増幅器、変圧器、および／または、導線２０のＲＦ電圧および／またはＲＦ電流を示す信号を緩衝および／または調節するフィルター等が含まれる。
【００２３】
ここで、図２〜３を参照する。図２〜３は、種々のＰＣＢ１２を示している。見やすいように、接地平面１４、ビアホール１６、およびビアホール２４は省略した。第１の内層３２は、絶縁基板３６上に形成されたトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）４４ａ・４４ｂを含む。第２の内層３４は、基板３６の反対側の面に、より多くのトレース４４ａ・４４ｂを含む。トレース４４ａ・４４ｂを、集合的にトレース４４と呼ぶ。トレース４４はパターニングされており、トレース４４同士は、ビアホール２２によって接続され、巻いた一対の電気ループまたは巻線を形成している。基板３６が、１つまたは複数のさらなる導電層を含んでもよいことは明らかであろう。前記さらなる導電層については図示していない。前記さらなる導電層は、例えば、以下に説明する電圧センサを構成することが可能である。
【００２４】
第１の内層３２および第２の内層３４はそれぞれ、１つの接地平面１４の下層に配置されると共に、これらから絶縁されている。ビアホール２２は、第１の内層および第２の内層上の関連するトレース４４同士の間を延びると共に、これらトレース４４同士を接続している。これについては以下に説明する。関連するトレース４４同士は、開口１８の壁に沿って形成された各電流センサパッド３０によって、互いに接続されている。電流センサパッド３０は、基板３６内の開口１８の端部にめっきされており、レーザ、機械磨耗、または他の製造技術によって成形されていることが可能である。
【００２５】
絶縁基板３６は、電流センサパッド３０の長さＬを規定している。ＲＦ電流が導線２０を通って流れる間に、導線２０の周りに磁界が発生する。前記磁界は、ビオサバールの法則によって定義でき、次のようになる。
【００２６】
【数１】
0005427459.tif 000002
【００２７】
ここで、radiusは、導線２０と電流センサパッド３０との間の距離であり、ＡＣcurrent は、導線２０を通って流れる電流である。μ０は磁気定数であり、４π×１０−７Ｈ／ｍである。前記磁界は、電流センサパッド３０を横切っている。
【００２８】
ファラデーの法則から、誘導電圧は、電流センサパッド３０の長さＬと、磁界の変化速度と、電流センサパッド３０、トレース４４およびビアホール２２によって形成されるループの高さ（height）との関数である。例えば、基板３６の厚さを増大させることによって長さＬを増大させると、ＲＦ同軸ケーブル（図示しない）とＶＩプローブ１０との間の結合が増大する。
【００２９】
Ｌを増大するに伴って、ビアホール２２の直径を増大させる必要がある。これは、ＰＣＢ３６の製造中に穴あけドリルが破損する恐れを低減するためである。ビアホール２２の直径が増大すると、上記センサの寸法も増大し、および／または、開口１８の円周にそって取り付けられた電流センサパッド３０若しくはループ（後述する）の数も低減する。また、ビアホール２２の直径が増大すると、これに比例して、導線２０に対する容量結合が増大する。このため、導線２０によって形成される電界が、所望の電流信号に混入し、ＶＩプローブ１０のダイナミックレンジを低減する可能性がある。したがって、電流センサパッド３０の幅は、電界混入およびダイナミックレンジの問題を緩和可能な程度に狭くすることが可能である。ＶＩプローブ１０を作成するために必要なビアホール２２の寸法および数は、端部にてめっきされた電流センサパッド３０によって減少され、このビアホール２２の寸法および数の減少によって、電流信号への電界混入は低減される。前記電流信号とは、導線２０を通って流れる電流を示し、トレース４４から引き出されるものである。
【００３０】
トレース４４を、図３（ａ）〜３（ｃ）にさらに詳細に示す。トレース４４ａとトレース４４ｂとが接続されることにより、巻いたワイヤのループが形成されている。図３（ａ）のトレース４４ａ・４４ｂは、電流センサパッド３０を、ループバックビアホール２２に接続している。図３（ｃ）に示すように、ループバックビアホール２２は、センサの裏面において、別のトレース４４ａまたはトレース４４ｂに接続されており、次の電流センサパッド３０に接続されている。理解を容易にするために、図３には、２つのループを、トレース４４ａ・４４ｂとして示した。点線は、ボードの裏のトレースである。図３の六角形４０は、これら両ループに共通のグランド点であり、１つのＲＦ経路グランドビアホール１６として構成されている。この共通グランドシステムを用いることによって、グランドループを低減することが可能である。
【００３１】
開口１８の内周に沿って、電流センサパッド３０を交互に均一に離間して配置することによって、電流ループは、例えば、ＶＩプローブ１０を組み立てる／取り外す場合の動き、または、動作中のＶＩプローブ１０の温度変化による動きといった、導線２０の動きを自動補正（autocorrecting）する特徴を提供する。この構成の自動補正の特徴は、導線２０から電流センサパッド３０までの合計距離を一定に維持することによって機能する。例えば、導線２０が右に移動した場合、右の電流センサパッド３０から導線２０までの距離は低減されるが、左の電流センサパッド３０から導線２０までの距離は同じだけ増大することにより、合計距離と電流信号レベルとは同一に保持される。
【００３２】
図４は、本発明の他の実施形態に係るＰＣＢ１２の図を示すものである。見やすいように、接地平面１４およびビアホール１６は省略した。第１の内層３２は、絶縁基板３６上に形成されたトレース４４ａ・４４ｂを含む。第２の内層３４は、基板３６の反対側に、より多くのトレース４４ａ・４４ｂを含む。トレース４４ａ・４４ｂを、集合的にトレース４４と呼ぶ。トレース４４は、パターニングされており、トレース４４同士は、ビアホール２２によって接続され、巻いた一対の電気ループまたは巻線を形成している。基板３６が、１つまたは複数のさらなる導電層を含んでもよいことは明らかであろう。前記さらなる導電層については図示していない。前記さらなる導電層は、例えば、以下に説明する電圧センサを構成することが可能である。図４に示すＰＣＢ１２では、ビアホール２４は、電流センサパッド３０に電気的に接続されており、後述する方法で、電圧センサを構成している（例えば図８を参照）。
【００３３】
図５（ａ）には、従来技術の電流センサが概略的に示されている。アンペアの法則から、紙面（the page）を流れるＲＦ電流によって、磁界が、導線２０の周りを時計回りの方向に発生する。前記磁界は、ピックアップループ６０上に電流を誘導して、変圧器５０を通して電流信号を流す。ループ６０によってピックアップされた任意の電界は、グランドに短絡される。図５（ａ）の回路は、センサループ６０同士が端と端をつないで（直列接続されて）配置された電流センサとして機能するので、ループ６０間には結合は生じない。
【００３４】
図５（ｂ）には、本発明の実施形態に係る電流センサが概略的に示されている。図５（ｂ）の回路では、これらのループ６０は、共通の１つのグランドを利用している。アンペアの法則から、紙面（the page）を流れるＲＦ電流によって、磁界が、導線２０の周りを時計回りの方向に発生する。前記磁界は、ピックアップループ６０上に電流を誘導して、変圧器５０を通して電流信号を流す。ループ６０によってピックアップされた任意の電界は、グランドに短絡される。図５（ｂ）の回路は、隣り合った（または互いに平行な）２つのループ６０を含み、ループ６０間に結合は生じない。
【００３５】
図５（ｃ）には、本発明の他の実施形態に係る電流センサが概略的に示されている。図５（ｃ）の回路では、ループ６０は、共通のグランドには接続されていない。アンペアの法則から、紙面（the page）を流れるＲＦ電流によって、磁界が、導線２０の周りを時計周りの方向に生成される。抵抗５５が含まれていてもよく、これら各抵抗は、２つの電流ピックアップループ６０のうちのいずれか一方に直列に接続されている。複数の抵抗５５を用いて、センサインピーダンスを、ＶＩプローブ１０と共に利用され得る任意の付属処理装置に整合させることが可能である。これによって結果的に、反射信号が低くなると共にノイズが少なくなり、前記処理装置に伝達されるセンサ信号電力が最大になる。磁界によって、電流がピックアップループ６０上に誘導され、変圧器５０および抵抗５５を通って流れる。ループ６０によってピックアップされた電界は、図５（ａ）および図５（ｂ）の場合のようには、グランドに短絡されない。しかしながら、変圧器５０上のＡ点とＢ点とにおける電界は同一であるため、前記電界による変圧器５０を通る電流の流れは生じない。このため、電界は、変圧器５０の二次側または出力側５７において、有効にキャンセルされる。さらに、変圧器５０のＡ点およびＢ点は、比較的同一の電位にあり、前記電位は、導線２０の電位と、磁界によってループ６０上に生成された電流信号の混入による追加成分とをあわせたものに相当する。
【００３６】
図５（ｂ）、図５（ｃ）に示したように、２つの電流ループ６０を隣合わせて配置することによって、前記ループ６０は、同一の磁界および電界に曝される。このため電界はより良好にキャンセルされ、電流センサのダイナミックレンジは増大する。電流センサピックアップ線（例えば、電流センサパッド３０）の長さは、センサ１０の周波数応答および周波数結合に関連する。電流センサピックアップ線を長くすればするほど、ＶＩプローブ１０の絶縁破壊電圧を低減させたり、他の悪影響を与えたりすることなく、センサ１０の信号結合、および、低周波数応答が改善されるであろう。
【００３７】
変圧器５０は、該して、一次巻線と二次巻線との巻数比（「Ｎ」）を有している。抵抗５５は、出力インピーダンスの実数部を補償する。出力インピーダンスの虚数部は、実数の伝送線センサ部または整合回路／フィルター回路を提供することによって、補償することが可能である。様々な実施形態では、抵抗５５の値は、次の公式によって決まる。
【００３８】
【数２】
0005427459.tif 000003
【００３９】
ここで、Ｚｏｕｔｐｕｔは、分析ユニットに伝えられる所望の出力インピーダンスであり、Ｎは、変圧器の巻数比である。
【００４０】
ここで、図６を参照する。この図には、本発明のさらに他の実施形態に係る電流センサが概略的に示されている。図６の回路は、図５（ｃ）の回路を変更し、グランドを除去すると共に、ループ６０同士を（例えば端と端とをつないで）接続させて連続的な１つのループ６０を形成したものである。これは例えば、（図３（ａ）〜図３（ｃ）に示した）トレース４４ａとトレース４４ｂとを、六角形４０の位置にある１つのビアホールで接続させることによって行うことが可能である。この構成では、電流センサ上にぶつかった電界はグランドに短絡されず、従ってこの電界電位によって電流が生じ、直列の複数の抵抗５５を通って流れる。この電界からの電流は、１つの電流ループには役立つが、他の電流ループ内の電流を低減させる。このため一部の電界信号は、変圧器５０を流れてしまう。この電界混入によって、電流センサのダイナミックレンジは低減され得る。ＲＦグランドから電流センサグランドを除去すると、電流センサグランドは、ＰＣＢボード１２を通って流れるＲＦ電流によっては悪影響を受けず、電流センサは、導線２０の電流だけを測定する。
【００４１】
アンペアの法則から、紙面（the page）を流れるＲＦ電流によって、磁界が、導線２０の周りを時計回りの方向に生成される。抵抗５５を用いて、センサインピーダンスを、ＶＩプローブ１０と共に利用され得る任意の付属処理装置に整合させることが可能である。これによって、反射信号が低くなると共にノイズが少なくなり、前記処理装置へのセンサ信号動力伝達が最大になる。磁界によって、電流がピックアップループ６０上に誘導され、変圧器５０および抵抗５５を通って流れる。上述のように、ループ６０によってピックアップされた電界は、図５（ａ）および図５（ｂ）のようには、グランドに短絡されない。しかしながら、変圧器５０上のＡ点とＢ点とにおける電界は同一であるため、前記電界による変圧器５０を通る電流の流れは生じない。従って電界は、変圧器５０の二次側または出力側５７において、有効にキャンセルされる。さらに、変圧器５０のＡ点およびＢ点は、比較的同一の電位にある。
【００４２】
上述のように、Ａ点およびＢ点の電圧電位は、容量結合のため、導線２０内の電位に比例する。Ａ点およびＢ点の電圧電位は、導線２０の電位と、磁界によってループ６０上に生成された電流信号からの混入による追加成分とを加えたものと考えることができる。
【００４３】
図７は回路図であり、この回路は、Ａ点とＢ点との間の電圧と、図６の導線２０の電圧との容量結合の関係を表すものである。図７では、抵抗Ｒｍは、例えば、アナログ−デジタル−コンバータまたはアナログ−デジタル−レシーバにおける、入力インピーダンスの測定値である。Ｉｍは、導線２０の周りの磁界変化によって生成される電流を示すものである。Ｃｃは、導線２０と複数の電流ループ６０との間の分布結合容量を示すものである。Ｖｅは、導線２０のＲＦ電圧である。
【００４４】
図７の構成を利用すると、導線２０のＲＦ電圧電位を、ガウスの法則によって定義することができる。接点方程式を用いて、Ａ点およびＢ点における電圧（各ＶＡおよびＶＢ）を求めると、次のようになる。
【００４５】
【数３】
0005427459.tif 000004
【００４６】
各ノードのキルヒホッフの電流法則の方程式は次のようになる。
【００４７】
【数４】
0005427459.tif 000005
【００４８】
同類項を集めるならば、
【００４９】
【数５】
0005427459.tif 000006
【００５０】
ＶＡおよびＶＢの解は、以下の通りである。
【００５１】
【数６】
0005427459.tif 000007
【００５２】
ＶＡ信号およびＶＢ信号を加算したもの（Ｖｓｕｍ＝ＶＡ＋ＶＢ）は、変圧器５０のセンタータップによって（あるいは、アナログ−デジタル−コンバータ／デジタル信号処理（「ＡＤＣ／ＤＳＰ」）システムによって）求められる。
【００５３】
【数７】
0005427459.tif 000008
【００５４】
解は、導線２０、Ｖｅ、および減衰項の電界である。変圧器５０（二次巻線）またはＡＤＣ／ＤＳＰシステムによって、ＶＡからＶＢを減算する（Ｖｄｉｆｆ＝ＶＡ−ＶＢ）と、次のようになる。
【００５５】
【数８】
0005427459.tif 000009
【００５６】
解は、導線２０、Ｉｍ、および減衰項を通って流れる電流である。これらの方程式から、導線２０の電圧（Ｖｅ）および電流（Ｉｍ）を求めることができる。
【００５７】
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサを概略的に示す図である。アンペアの法則から、紙面（the page）を流れるＲＦ電流によって、磁界が、導線２０の周りを時計回りの方向に生成される。前記磁界によって、ピックアップループ６０上に電流が誘導され、変圧器５０を通って流れる。図６に示した回路と同様に、電圧／電流センサ上にぶつかった電界は、グランドに短絡されない。従って、電界電位により電流が生じ、直列の抵抗５５を通って流れる。この電界からの電流は、１つの電流ループには役立つが、他の電流ループ内の電流を低減させる。このため、一部の電界信号は変圧器５０を流れてしまう。この電界混入によって、電流センサのダイナミックレンジは低減され得る。ＲＦグランドから電流センサグランドを除去することによって、電流センサグランドは、ＰＣＢボード１２を通って流れるＲＦ電流によっては影響されなくなり、電流センサは、導線２０の電流だけを測定する。導線２０の電流を示す電気信号は、変圧器５０の二次側５７から得られる。導線２０の電圧を示す電気信号は、変圧器５０のセンタータップ５９を利用することによって得られる。これらの電気信号から、例えば上述の方程式に基づいて、導線２０の電圧および電流を求めることが可能である。
【００５８】
ここで、図９（ａ）および９（ｂ）を参照する。これらの図には、ＰＣＢ１２の様々な図が示されている。見やすいように、接地平面１４、ビアホール１６、およびビアホール２２は省略した。第３の内層３３は、絶縁基板３６上に形成された円状導電性リング１０２ａを含む。第４の内層３５は、基板３６の反対側に、別の円状導電性リング１０２ｂを含む。円状導電性リング１０２ａ・１０２ｂを、集合的に円状導電性リング１０２と呼ぶ。円状導電性リング１０２は、パターニングされており、ビアホール２４によって互いに接続されている。各円状導電性リング１０２は、導線２０の縦軸に直交する平面を規定している。さらに、トレース１０４は、各円状導電性リング１０２を、開口１８の壁に沿って形成された電圧センサパッド１００に結合させている。いくつかの実施形態では、電圧センサパッド１００は、上述の電流センサパッド３０と同じであってよい。電圧センサパッド１００は、基板３６内の開口１８の端部にめっきされており、レーザ、機械磨耗、または他の製造技術によって成形されていてよい。六角形４０を、導線２０の電圧を求めるための基準グランドとして用いることが可能である。
【００５９】
上述の説明から、本発明の広範囲に及ぶ教示を様々な形態で実施可能であることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明は特定の実施例を含むが、本発明の真の範囲は制限されることはない。これは、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を参照することによって、他の変形例が当業者には明らかとなるためである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサを示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサにおける電流センサのトレース（trace：トレース配線、プリントパターン）を示す等角図である。
【図３（ａ）】図２の電流センサのトレースを示す平面図である。
【図３（ｂ）】図２の電流センサのトレースを示す平面図である。
【図３（ｃ）】図２の電流センサのトレースを示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る、直交高周波（ＲＦ）電流／電圧センサにおける電流センサのトレースを示す平面図である。
【図５（ａ）】従来技術の電流センサを示す概略的な図である。
【図５（ｂ）】本発明のさらに他の実施形態に係る電流センサを示す概略的な図である。
【図５（ｃ）】本発明のさらに他の実施形態に係る電流センサを示す概略的な図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る電流センサを示す概略的な図である。
【図７】図６の電流センサにおける、Ａ点とＢ点との間の電圧と、導線の電圧との容量結合の関係を示す回路の回路図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサを示す概略的な図である。
【図９（ａ）】本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサの円状導電性リングを示す平面図である。
【図９（ｂ）】本発明のさらに他の実施形態に係る電圧／電流センサの円状導電性リングを示す平面図である。
【図１】
0005427459.tif 000010
【図２】
0005427459.tif 000011
【図３（ａ）】
0005427459.tif 000012
【図３（ｂ）】
0005427459.tif 000013
【図３（ｃ）】
0005427459.tif 000014
【図４】
0005427459.tif 000015
【図５（ａ）】
0005427459.tif 000016
【図５（ｂ）】
0005427459.tif 000017
【図５（ｃ）】
0005427459.tif 000018
【図６】
0005427459.tif 000019
【図７】
0005427459.tif 000020
【図８】
0005427459.tif 000021
【図９（ａ）】
0005427459.tif 000022
【図９（ｂ）】
0005427459.tif 000023