(57)【要約】【課題】小さい装置の幾何学構造を探査することが可能な、間隔可変で、多軸コンプライアンスの電気信号観測装置を提供する。【解決手段】  電気信号観測装置は、増幅器（１０２）と、増幅器（１０２）に電気信号を供給するプローブ・ヘッド（１００）とを備え、さらに、プローブ・ヘッド（１００）がプローブ先端（１０４）と信号／接地輸送素子（１０６）を具備し、信号／接地輸送素子（１０６）が固有のバネ特性を呈するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ増幅器と、前記プローブ増幅器に電気信号を供給するプローブ・ヘッドとを備え、
前記プローブ・ヘッドが、プローブ先端と、前記プローブ先端と前記増幅器の間に配置された信号／接地輸送素子とを具備し、
前記信号／接地輸送素子が、固有のバネ特性をもたらすように構成されていることを特徴とする電気信号観測装置。
【請求項２】
前記プローブ先端および前記信号／接地輸送素子が、それぞれ、第１のプローブ先端および第１の信号／接地輸送素子であり、
前記プローブ・ヘッドが、さらに、第２のプローブ先端と、前記第２のプローブ先端と前記増幅器の間に配置された第２の信号／接地輸送素子とを備え
前記第２の信号／接地輸送素子が、固有のバネ特性をもたらすように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子が実質的に同じ構成であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号／接地輸送素子が、ループとして構成されるバネ部分を有する同軸ケーブルを具備することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ループが、平面状であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ループの半径が、前記同軸ケーブルの曲げ半径限界以上であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記信号／接地輸送素子が、つる巻線として構成された同軸ケーブルを具備することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記つる巻線の半径が、前記同軸ケーブルの曲げ半径限界以上であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記信号／接地輸送素子が、曲線部分を有するように構成された同軸ケーブルを具備することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
さらに、前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子に沿ってスライドして、前記第１のプローブ先端と前記第２のプローブ先端との間の距離を調整し、前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子の接地側を相互接続する接地機構を備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波装置に関連した小さい幾何学的構造内における信号観測に好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高帯域幅電圧プローブに関する既存の問題は、高い使用性（ユーザビリティ）ももたらすことになる、プローブにおける接続寄生成分を最小限に抑えることである。一般に、手動プロービング中に、高帯域幅電圧プローブとあるテスト・ポイントとの間について施される電気的接続の品質は、わずかなオペレータの動きにも極めて影響を受けやすい。オペレータによる手または身体のいかなる動きも、電気的接続を劣化または切断する可能性がある。従って、望ましい使用性特徴は、ユーザがプローブとテスト・ポイントの接触を維持しようとする場合に生じる通常の手の動きを許容するための、ある一定量の多軸コンプライアンスである。手動プローブは、複数用途に合わせて設計しなければならないので、もう１つの望ましい使用性特徴は、２つの信号接続間の可変間隔である。高周波プローブは、高周波回路への接近に用いられるので、一般に、高周波装置に関連した小さい幾何学的構造内のテスト・ポイントに適正に接近するには、プローブの物理的大きさを最小限に抑えるのがさらに望ましい。
【０００３】
既存のプローブは、スプリング・ワイヤまたはスプリング・ポゴを備えた独立したたわみ成形接地アクセサリを設けることによって、可変間隔及びｚ軸コンプライアンスの使用性特徴に対応している。独立した接地アクセサリによって、固定接地が可能になるが、他の接続は動く。この解決法では、ｚ軸コンプライアンスが得られるのは接地接続についてのみである。
【０００４】
既存の差動プローブは、プローブの先端の一体化ピン・ソケットを利用している。ユーザは、真直ぐなピンまたは曲がったワイヤ・ピンを挿入して、探査されるテスト・ポイントへの接続を可能にする。曲がったワイヤ・ピンは、可変間隔を可能にする。ワイヤのたわみ性によって、ある程度のｚ軸コンプライアンスが生じるが、この解決法を利用する帯域幅は制限される。帯域幅がより高い既存の差動プローブには、固定間隔及び非ｚ軸コンプライアンスを利用するものもある。可変間隔をもたらす特徴によって、接続寄生成分が増大し、その結果、プローブ帯域幅が劣化する。先行技術文献（例えば、特許文献１参照）には、もう１つの既存の高帯域幅差動プローブの開示がある。この文献には、可変間隔設計及び多軸コンプライアンスの教示がある。可変間隔は、回転オフセット先端を利用することによって実現される。多軸コンプライアンスは、対のばね荷重プローブ・シリンダを利用することによって実現される。前記文献の教示によれば、可変間隔及び多軸コンプライアンスの高帯域幅プローブが得られるが、そうするには、多少複雑になるという犠牲を払うことになる。前記文献の実施形態におけるプローブ本体は、比較的大きく、その複雑さが、プローブの幾何学構造をさらに縮小する上での難題になる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６８２８７６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、小さい装置の幾何学構造を探査することが可能な、間隔可変で、多軸コンプライアンスの電気信号観測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、プローブ先端（プローブ・チップ）と増幅器との間で信号や接地を伝送する素材にバネ特性を持たせている。このバネ特性は、同軸ケーブルに曲線形状を具備させることにより与えられる。また、プローブ先端間において接地線を設けている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本教示については、添付の図面に関連してなされる下記の詳細な説明から理解を得ることが可能である。
【０００９】
図面のうち図１を参照すると、プローブ増幅器１０２に接続される、本教示による差動プローブ・ヘッド１００の実施形態の１つに関する斜視図が示されている。プローブ・ヘッド１００は、探査される装置またはシステム（不図示）のテスト・ポイントに接触し、オシロスコープのような受信装置（不図示）に提供するため、プローブ増幅器１０２に電気信号を供給する。本教示によるプローブ・ヘッド１００は、その本体が細長であり、このため、小領域に接近する能力が向上し、探査されるテスト・ポイントに対するユーザの視野が過度に妨げられることはなくなる。さらに、プローブ・ヘッド１００が細長いので、複数プローブ・ヘッドを利用して、比較的互いに近接した複数テスト・ポイントに接近することが可能になる。説明される具体的な実施形態において、増幅器１０２のハウジングは、電気信号を観測するシステムのハンドルであり、これによって、探査されるテスト・ポイントから多少の距離をあけた位置にユーザの手が置かれるので、込み合った状態が軽減され、さらに、テスト・ポイントを遮られずに見ることが可能になる。
【００１０】
本教示による電気信号観測システムに用いるのに適したプローブ増幅器１０２の具体的実施形態の１つに、アジレント・テクノロジーズ・インクから入手可能なＨｉｇｈ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ＩｎｆｉｎｉＭａｘプローブ増幅器がある。プローブ増幅器１０２は、プローブ・ヘッド１００の端部に配置された第１及び第２の結合コネクタ１１８、１２０を受ける、第１及び第２の増幅器コネクタを備えている。具体的実施形態の１つにおいて、第１及び第２のコネクタ１１８、１２０は、ＧＰＯ／ＳＭＰコネクタである。他の適合するコネクタは、本教示の範囲内である。適合するコネクタ・スタイルの選択は、部分的に、コネクタ・サイズ、プローブ・ヘッド１００とプローブ増幅器１０２との間で伝送される信号の周波数帯域幅、及び、他の実施上の考慮事項によって左右される。プローブ・ヘッド１００は、単一プローブ増幅器１０２に複数スタイルのプローブ・ヘッド１００を利用できるようにして、プローブ・ヘッド１００及びプローブ増幅器１０２が単体構造の場合に比べて、電気信号観測システムをより安価に、より修理しやすくするため、プローブ増幅器１０２とは別個にすることが可能である。
【００１１】
プローブ・ヘッド１００の具体的実施形態の１つは、ある長さのセミリジット同軸伝送線路を含む、少なくとも１つの信号／接地輸送素子１０６を備えている。信号／接地輸送素子は、信号を送る部分とグラウンド（アース、接地）を送る部分とからなる素子である。プローブ先端１０４は、信号／接地輸送素子１０６の遠位端に接続されて、被測定物のテスト・ポイントを探査する。具体的な実施形態の１つでは、プローブ先端１０４は、交換可能である。プローブ先端１０４は、どちらかといえばプローブ・ヘッド１００におけるより壊れやすい構成要素の１つなので、交換可能プローブ先端１０４によって、プローブ・ヘッドの修理コストが低減する。プローブ・ヘッド１００のいくつかの実施形態では、特に図面のうち図２を参照すると、プローブ先端１０４には、インピーダンス素子２００が配置されている。インピーダンス素子２００は、プローブ先端１０４と信号／接地輸送素子１０６の信号側との間に配置された、任意の適合する個別インピーダンスまたはインピーダンス・ネットワークとすることが可能である。具体的実施形態の１つでは、インピーダンス素子２００は、所望の信号処理及び帯域幅要件によって決まる、抵抗素子または抵抗・容量素子である。
【００１２】
図面のうち特に図３を参照すると、信号／接地輸送素子１０６は、その全長にわたって固有のバネ特性をもたらすように構成されている。信号／接地輸送素子１０６に沿った一部は、プローブ・ヘッド１００のバネ部分１１２をなすように構成されている。バネ部分１１２は、プローブ先端１０４とコネクタ１１８の間に配置されている。従って、バネ部分１１２は、プローブ・ヘッド１００に固有のバネ特性をもたらす働き、並びに、信号／接地輸送素子１０６の一部としての働きをする。プローブ先端１０４に圧力が加えられると、バネ部分１１２内に多少のたわみが生じ、通常の手の動きが生じる場合に、多少のコンプライアンスによって、テスト・ポイントとの接触を保つことが可能になる。具体的実施形態の１つでは、バネ部分１１２は、信号／接地輸送素子１０６と平行な、ほぼ平面状のループ３００をなすように曲げられる。ループ３００を形成するマイクロ同軸ケーブルの曲げ半径は、マイクロ同軸ケーブルの最小曲げ半径以上のため、信号／接地輸送素子１０６の帯域幅に影響を及ぼすことはない。固有のバネ特性をもたらす他の実施形態には、図面のうち図６に示すようなつる巻線、及び、図面のうち図７に示すような平面曲線素子が含まれる。本教示に従って、固有のバネ特性をもたらす他の形状を検討することも可能である。具体的実施形態の１つでは、信号／接地輸送素子１０６は、ある長さのセミリジットマイクロ同軸ケーブルから作成される。セミリジットマイクロ同軸ケーブルの長さは、固有のバネ特性をもたらす形状であることに加えて、細長いテーパ形状をなすのに十分な長さであるが、プローブ・ヘッドが、探査されるテスト・ポイントとの接続を保つのに厄介になるほど長くはない。適合する長さ範囲は、現在知られている材料を用いると、おおよそ３．８１〜１０．１６センチメートル（１．５インチ〜４インチ）とすることが可能である。現在知られている、または、今後知られるようになる他の材料によって、材料の剛性、及び、任意の特定用途の要求に応じて、さまざまな長さに対応することが可能である。セミリジットマイクロ同軸ケーブルの直径は、プローブ・ヘッドのバネ特性に影響を及ぼすが、用途によっては、異なる特性が適する場合もある。多くの用途において有用とみなされる具体的実施形態の１つでは、直径が１．１９３８ミリメートル（０．０４７インチ）のセミリジットマイクロ同軸ケーブルが利用される。例えば、２．１８４４ミリメートル（０．０８６インチ）といったように、セミリジットマイクロ同軸ケーブルの直径が太くなると、直径がより細い実施形態に比べて、硬くなり、そのばね部分１１２のたわみが小さくなる。例えば、０．５０８ミリメートル（０．０２０インチ）といったように、セミリジットマイクロ同軸ケーブルの直径が細くなると、硬さが減って、壊れやすくなるが、そのばね部分の可動範囲が広がることになる。バネ部分の所望の構成に応じて、他の長さ及び直径も適合するが、その設計及び構成は、本教示の恩恵を考慮すれば、当該技術者の能力範囲内にある。
【００１３】
図面のうち図１を参照すると、差動プローブ・ヘッドの具体的実施形態の１つにおいてプローブ・ヘッド１００には、２つの同じ構成の第１及び第２のプローブ先端１０４、１０８と、タイ・バー１１６によって互いに保持された第１及び第２の信号／接地輸送素子１０６、１１０が含まれている。この構成の場合、各プローブ先端１０４、１０８のバネ部分１１２は、整列し、プローブ・ヘッド１００に沿った同じ位置につく。ある具体的実施形態において、２つのスライダ１１４は、それぞれ、単一スリーブをなしており、１つのスリーブが、各信号／接地輸送素子１０６、１１０に配置されて、信号／接地輸送素子１０６、１１０に沿って、プローブ先端１０４、１０８とバネ部分１１２の間で移動するようになっている。各スライダ１１４には、接地線２０２の遠位端が取り付けられている。プローブ・ヘッドのプローブ先端のより詳細な図を示す図面のうち図２を特に参照すると、各プローブ先端１０４に近接して、保持ループ２０４が配置されていて、信号／接地輸送素子１０６、１１０のそれぞれの接地側と電気的に接触する。接地線２０２は、スライダ１１４の一方から、２つの保持ループ２０４を通って、もう一方のスライダ１１４まで延びている。本教示による態様の１つでは、接地線２０２によって、プローブ先端１０４間の電気的接地が施される。通常の当該技術者には明らかなように、プローブ先端１０４と接地線２０２との近接によって、信号・接地ループ間距離が短縮され、その結果、寄生インピーダンスが低減し、信号／接地輸送素子１０６、１１０による高帯域幅伝送が可能になる。本教示によるある具体的実施形態の場合、信号／接地輸送素子１０６、１１０は、互いに一定の距離をあけて配置されている。具体的には、プローブ先端１０４間の間隔は、約３インチである。スライダ１１４は、それぞれの信号／接地輸送素子に沿って可変配置することが可能である。スライダ１１４が信号／接地輸送素子１０６、１１０に沿ったどの位置にあるかに応じて、接地線２０２の、２つの保持ループ２０４間に延びる部分によって、保持ループ２０４間の間隔が短くなるか、あるいは、長くなる。２つの保持ループ２０４間に延びる部分が短くなると、プローブ先端１０４、１０８が引き寄せられ、その結果、プローブ先端１０４とプローブ先端１０８との間の間隔が狭くなる。２つの保持ループ２０４間に延びる部分が長くなると、プローブ先端１０４、１０８をもとの間隔に近づけるか、戻すことが可能になる。従って、接地線２０２に取り付けられたスライダ１１４は、プローブ先端１０４、１０８に近接した信号／接地輸送素子１０６、１１０の接地部分を接地させ、さらに、プローブ先端１０４とプローブ先端１０８との間を定常間隔にする働きもする。
【００１４】
本明細書では、例証のため、本教示によるいくつかの実施形態について解説されている。本教示の恩恵を受けた通常の当該技術者は、具体的説明がなくても、特に言及されていない他の実施形態に気づくであろうが、それらは、付属の請求の範囲内に含まれるとみなされる。従って、本明細書の実施形態及び例示は、例証を意図したものであって、本教示の範囲を制限するのは、付属の請求項だけである。念のため、本発明の実施態様を以下にまとめて示す。
【００１５】
（実施態様１）
プローブ増幅器（１０２）と、前記プローブ増幅器（１０２）に電気信号を供給するプローブ・ヘッド（１００）とを備え、
前記プローブ・ヘッド（１００）が、プローブ先端（１０４）と、前記プローブ先端と前記増幅器の間に配置された信号／接地輸送素子（１０６）とを具備し、
前記信号／接地輸送素子が、固有のバネ特性をもたらすように構成されていることを特徴とする電気信号観測装置。
【００１６】
（実施態様２）
前記プローブ先端（１０４）および前記信号／接地輸送素子（１０６）が、それぞれ、第１のプローブ先端および第１の信号／接地輸送素子であり、
前記プローブ・ヘッド（１００）が、さらに、第２のプローブ先端（１０８）と、前記第２のプローブ先端（１０８）と前記増幅器（１０２）の間に配置された第２の信号／接地輸送素子（１１０）とを備え
前記第２の信号／接地輸送素子が、固有のバネ特性をもたらすように構成されていることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
【００１７】
（実施態様３）
前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子（１０６，１１０）が実質的に同じ構成であることを特徴とする実施態様２に記載の装置。
【００１８】
（実施態様４）
前記信号／接地輸送素子（１０６）が、ループとして構成されるバネ部分（１１２）を有する同軸ケーブルを具備することを特徴とする実施態様１または実施態様２または実施態様３に記載の装置。
【００１９】
（実施態様５）
前記ループが、平面状であることを特徴とする実施態様４に記載の装置。
【００２０】
（実施態様６）
前記ループの半径が、前記同軸ケーブルの曲げ半径限界以上であることを特徴とする実施態様４に記載の装置。
【００２１】
（実施態様７）
前記信号／接地輸送素子（１０６）が、つる巻線として構成された同軸ケーブルを具備することを特徴とする実施態様１または実施態様２または実施態様３に記載の装置。
【００２２】
（実施態様８）
前記つる巻線の半径が、前記同軸ケーブルの曲げ半径限界以上であることを特徴とする実施態様７に記載の装置。
【００２３】
（実施態様９）
前記信号／接地輸送素子が、曲線部分を有するように構成された同軸ケーブルを具備することを特徴とする実施態様１または実施態様２または実施態様３に記載の装置。
【００２４】
（実施態様１０）
さらに、前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子に沿ってスライドして、前記第１のプローブ先端と前記第２のプローブ先端との間の距離を調整し、前記第１および前記第２の信号／接地輸送素子（１０６，１１０）の接地側を相互接続する接地機構（１１４）を備えることを特徴とする実施態様２に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本教示による差動プローブ・ヘッドの実施形態の１つに関する斜視図である。
【図２】図面のうち図１に示す差動プローブ・ヘッドのプローブ先端の実施形態の１つに関する拡大斜視図である。
【図３】本発明の教示によるプローブ・ヘッドの部品の実施形態の１つに関する斜視図である。
【図４】本教示によるプローブ・ヘッドの実施形態の１つに関する正面図である。
【図５】図３に示すプローブ・ヘッドの部品の実施形態に関する側面図である。
【図６】本教示によるプローブ・ヘッドの代替実施形態の１つに関する正面図である。
【図７】本教示によるプローブ・ヘッドの代替実施形態の１つに関する正面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  プローブ・ヘッド
１０２  プローブ増幅器
１０４  プローブ先端
１０６  信号／接地輸送素子
１０８  第２のプローブ先端
１１０  第２の信号／接地輸送素子
１１２  バネ部分
１１４  接地機構
【図１】
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【図２】
2007086067.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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