[发明专利]可换式探针夹持器和测量探头

说明书

本申请要求具有2000年5月31日提交的美国临时申请No.60/208,945中所提出的权益。

本发明总的来说涉及测量探针，更明确地说，涉及与示波器、逻辑分析仪这类测试设备配套使用的宽频带高频率测量探头的可换式探针夹持器。

在美国专利5,061,892中介绍了一种典型的测量探针，用于从测试设备中获取兆赫范围的电信号。这种探针的探头带有一个内部装有基片的导电空心管。基片具有可防止测试设备电负载的无源和/或有源电路。空心管的末端内装有一个绝缘塞以及一个与此塞同轴布置的它在两个方向上超出绝缘塞的探针。探针超过空心管的那一部分通过弹簧作用的电触点与基片电气连接，更换已损坏或断裂的探针可以通过同时更换绝缘塞和相联的探针。这种型式的探针设备有它的缺点，由于探针和弹簧作用的电触点的电容而造成探针的带宽受到限制。在高频时，需要采取措施把探针的电容降低到最小。

用于探测3千兆赫至4千兆赫范围的信号的高频测量探针，要求高输入电阻值和低输入电容。一般来说，这些型式的探针具有用于低电路负载的有源场效应晶体管(FET)输入以及具有4千兆赫或更高的频带宽度。这种探针的一个例子是P6217有源场效应晶体管探针，由美国俄勒冈州比弗顿市Tektronix公司和现在的专利申请受让人制造和销售。

图1是P6217探针10的纵剖视图，显示探针各元件的内部结构。探针10有一导电管状外壳12，基片14布置其中。基片稍许偏离管状外壳的中心，使基片的上表面处于外壳的中心。基片14的末端做成锥形为探针夹持器16提供空隙，基片末端还稍许超出管状外壳约0.025英寸。无源和有源电气元件18，FET晶体管、电阻、电容器以及类似的元件被安装在基片上。一个金箔触点20在基片14前端延伸由此形成基片14和探针22之间的电气连接。探针夹持器16由绝缘材料如塑料或类似材料制成并固定在外壳12的末端内。夹持器16有一个带有锥形末端26的腔室24，可装入基片14超出外壳12末端的那一部分。在夹持器16中央形成的锥形末端26有通到夹持器16前端面的一个通孔28。探针22有一头部30和针体32。针体32装入夹持器16，头部分30位于锥形部分26内，针体32穿过通孔28并将其顶部伸出夹持器16的前端。在锥形末端内，有一个弹性合成橡胶件34装在探针头部30和夹持器之间，由此在头部30与基片前端的金箔触点20之间形成压力。管状外壳12的大部分套有一个绝缘套36，使外壳12与使用者电绝缘。

图1所示的探针其主要缺点是探针22不能更换。图2显示固定在管状外壳12内夹持器16的结构。夹持器16有一外法兰38，当把夹持器16插入外壳时，此外法兰即紧靠在管状外壳12上。从外法兰38伸出一圆形支撑件40，装入管状外壳12内。由于基片14在外壳12内的位置，支撑构件40的下部被除去给夹持器16留出空隙。为了夹持器16能在两个位置插入外壳12，支撑构件40的上部亦被除去。这就降低了支撑构件40的强度。为了增加支撑构件40的强度，把圆形内表面加厚形成相对的两个几乎成半月形的有两个平行面44的支撑构件42。支撑构件40的这种形状要求夹持器16在管状外壳12内要精确找正。平行面44需要与基片14的顶面成直角定位。如果把平行面44固定在非竖直位置上，会引起支撑构件40碰撞基片14以致造成不可修复的损坏。夹持器16在管状外壳12内进行精确的找正需要使用用户不可能有的显微镜和专用夹具。这种探测器上的探针断裂后不可更换，对客户来说，这种3,000美元价位的探测器花费太大。

对测量探针来说，需要的是一种可换式探针夹持器和相联的探头。探针夹持器应能容易更换，不需要专用工具、夹具或显微镜。夹持器以及相联的探头的结构应能把探针的电容降低到最小程度，使能成为一种宽频带高频率测量探测器。