DE69100677T2

DE69100677T2 - Elektrischer Tastkopf mit integraler Zugentlastung und Erdverbindung.

Info

Publication number: DE69100677T2
Application number: DE91107389T
Authority: DE
Inventors: Glen Aukstikalnis; Mark Nightingale; Steve O'hara
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2011-05-08
Also published as: EP0461391A1; DE69100677D1; JPH0623784B2; JPH04230865A; EP0461391B1; US5061892A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Tastköpfe für Oszilloskope und andere Meß-, Kontroll- und Signalverarbeitungsgeräte, und insbesondere einen verbesserten elektrischen Tastkopf mit integraler Zugentlastung und Erdverbindung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
Eine häufig verwendete Bauart für elektrische Tastköpfe ist ein elektrisch leitfähiger, verlängerter, rohrförmiger Messingkörper mit Nickelüberzug, in dem sich ein Substrat befindet. Das Substrat enthält einen entweder passiven oder aktiven Schaltungsaufbau zur Minimalisierung der Tastkopfaufladung und zum Abschließen des Tastkopfes in der charakteristischen Impedanz des Meßgerätes. Der verlängerte, rohrförmige Körper weist an einem Ende eine Tastkopfspitze auf, die mittels eines Isoliereinsatzes im rohrförmigen Körper befestigt ist. Die Tastkopfspitze verläuft durch den Isoliereinsatz und liegt innerhalb des rohrförmigen Körpers frei. Das Substrat ist über elektrisch leitfähiges Elastomermaterial oder andere derartige, herkömmliche Verbindungsverfahren mit der Tastkopfspitze verbunden. Ein Isoliermaterial, beispielsweise im Spritzgußverfahren hergestellte Kunststoffteile, umgibt einen wesentlichen Teil des rohrförmigen Körpers. Verschiedene Verfahren werden zur Befestigung der Kunststoffteile am rohrförmigen Körper verwendet, beispielsweise Preßpassung, Kleben- oder Spritzgießen des Kunststoffes direkt auf den Körper. Die Kunststoffteile sind allgemein mit einem nach außen verlaufenden Flansch versehen, der als Fingerhalt und als Schutz dient. Die Kunststoffteile dienen auch als äußeres Gehäuse zur Befestigung einer Übertragungsleitung oder eines Kabels am Tastkopf.
Das Übertragungskabel enthält einen in dielektrischem Material eingeschlossenen und von einem äußeren leitfähigen Abschirmmaterial umgebenen zentralen Leiter Das äußere leitfähige Abschirmmaterial ist durch ein Isoliermaterial abgedeckt. Der zentrale Leiter ist elektrisch mit dem Substrat verbunden und das äußere Abschirmmaterial ist elektrisch mit dem rohrförmigen Körper verbunden. Viele Verfahren werden zum Anschluß des Übertragungskabels an den elektrischen Tastkopf angewandt.
Ein derartiges Verfahren ist in US-A-4,209,742 mit dem Titel "Modular Probe System" beschrieben und auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen. Die Übertragungsleitung im modularen Tastkopfsystem ist in einem Verbindereinsatz angeordnet und befestigt, der in den rohrförmigen Körper des Tastkopfes paßt. Ein im Spritzgußverfahren hergestelltes Kunststoffgehäuse ist um den rohrförmigen Körper herum geformt und weist eine Mittelbohrung auf, in deren Inneres der rohrförmige Körper hinein verläuft. Der Verbindereinsatz ist in die Mittelbohrung einsetzbar und ein Paar koaxial angeordneter Kontaktelemente, die durch ein dielektrisches Material voneinander getrennt sind, sind in der Tastkopfspitze und dem rohrförmigen Körper unterbringbar. Das innere Kontaktelement ist elektrisch mit dem zentralen Leiter der Übertragungsleitung verbunden und das äußere Kontaktglied ist mit der äußeren leitfähigen Abschirmung elektrisch verbunden. Das äußere Kontaktglied wird im Einsatz durch ein integrales, ringförmiges Glied gehalten. Eine Metallhülse ist zur Befestigung der Kontakte am Kabel über das innere Ende des ringförmigen Gliedes und einen Endabschnitt des Kabels formgequetscht. Eine isolierende Abdeckung ist über dem Einsatz ausgebildet.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauart und anderer Bauarttypen, bei denen Durchführungen, mit Gewinde versehene Verbinder und dergleichen verwendet werden, liegt in der Anzahl von Komponenten, wie sie zur Montage des Tastkopfes erforderlich ist, und der zur Herstellung des Tastkopfes benötigten Zeit.
Es wird daher ein einfacher, kostengünstiger elektrischer Tastkopf benötigt, bei dem eine minimale Anzahl von Teilen zum Anschluß des Übertragungskabels am Tastkopf erforderlich ist, während gleichzeitig zur Zuverlässigkeit im Betrieb die notwendigen elektrischen Verbindungen sowie eine Zugentlastung vorgesehen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung ein verbesserter elektrischer Tastkopf mit einem auf einem Substrat angeordneten elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapter zur Aufnahme eines leitfähigen Kabels mit einem zentralen Leiter und einem äußeren Abschirmleiter, die durch Isoliermaterial voneinander getrennt sind. Das Substrat ist innerhalb eines verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörpers angeordnet und der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter und der äußere Leiter kommen durch Verformung des Hohlkörper in der Nähe des Zugentlastungsadapters mit einem verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörper in elektrischen Kontakt. Der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter verbindet den äußeren Abschirmleiter elektrisch mit dem Substrat und dem verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörper und bewirkt eine Zugentlastung für den zentralen Leiter und eine mechanische Unterlage für das Substrat.
Das Verfahren umfaßt die in Anspruch 3 beschriebenen Schritte.
Die Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine zum Teil gestrichelte und zum Teil im Schnitt dargestellte Seitenansicht des verbesserten Tastkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 stellt eine perspektivische Ansicht des elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters für einen verbesserten elektrischen Tastkopf gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 3 zeigt ein Platte eines Material zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters, auf der die verschiedenen Elemente ausgeformt sind;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des auf einem auf einer Leiterplatte ausgebildeten Substrat angeordneten elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist ein verbesserter elektrischer Tastkopf 10 mit einem verlängertem elektrisch leitfähigen Hohlkörper 12 gezeigt. In einem Ende des Körpers 12 ist ein Isoliereinsatz 14 mit einer koaxial darin angeordneten und in beiden Richtungen aus dem Einsatz 14 herausverlaufenden elektrisch leitfähigen Tastkopfspitze 16 angeordnet. Der Teil der Tastkopfspitze 16, der in den Hohlkörper 12 hinein verläuft, ist über einen federgespannten elektrischen Kontakt 20, der elektrisch mit einem Substrat 18 verbunden ist, elektrisch mit diesem Substrat 18 verbunden. Auf dem Substrat 18 sind elektrische Bauelemente 22, beispielsweise Widerstände und Kondensatoren, zur Kompensierung des Tastkopfes angeordnet. Ein elektrisch leitfähiger Zugentlastungsadapter 24 ist auf dem Substrat befestigt und befindet sich in elektrischem Kontakt mit diesem; dieser Zugentlastungsadapter 24 bewirkt eine Erdverbindung für das Substrat 18. Der Zugentlastungsadapter 24 bewirkt auch eine mechanische Abstützung des Substrates 18 nach Einsetzung des Substrates 18 in den Hohlkörper 12. Ein leitfähiges Kabel 26 ist in den Zugentlastungsadapter 24 eingesetzt und durch Formquetschen des Hohlkörpers 12 an der Stelle des Zugentlastungsadapters 24 darin befestigt. Isoliermaterial 28, zum Beispiel ein thermoplastischer Elastomer, ist um einen wesentlichen Teil des verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörpers 12 und einen Teil des leitfähigen Kabels 26 herum geformt, um eine elektrische Isolierung und eine Zugentlastung für das Kabel 26 zu bilden. Das andere Ende des Kabels 26 ist mit einem Verbinder einer geeigneten Art zum Anschluß an einen Teil einer Prüfanordnung, zum Beispiel an ein Oszilloskop oder dergleichen, verbunden.
Das leitfähige Kabel 26 enthält einen zentralen Leiter 30, der von einer Isolierschicht 32 aus Polypropylenschaum umgeben ist. Ein äußerer Abschirmleiter 34, der selbst von einer Isolierschicht 36 umgeben ist, umgibt die Isolierschicht 32. Der äußere Abschirmleiter 34 ist über die Prüfanordnung mit der Erde verbunden. Vor Einziehen des Kabels 26 in den Zugentlastungsadapter 24 wird die äußere Isolierschicht 36 auf dem Kabel 26 entfernt und somit der äußere Abschirmleiter 34 freigelegt. Der äußere Abschirmleiter 34, bei dem es sich im allgemeinen um geflochtenen Draht handelt, wird über die Isolierschicht 36 zurückgefaltet, wodurch die Polypropylenschaumschicht 32 freigelegt wird. Ein Teil der Schicht 32 wird entfernt und der zentrale Leiter 30 freigelegt. Das leitfähige Kabel 26 wird in den Zugentlastungsadapter 24 eingezogen, bis der zurückgefaltete, geflochtene äußere Abschirmleiter 34 sich im Adapter 24 befindet. Der Zugentlastungsadapter 24 bewirkt die elektrische Verbindung zwischen dem äußeren Abschirmleiter 34 und dem Substrat 18. Der zentrale Leiter 30 ist auf herkömmliche Art und Weise, beispielsweise durch Löten, elektrisch mit dem Substrat 18 verbunden.
Das Substrat 18 wird in den verlängerten elektrisch leitfähigen rohrförmigen Hohlkörper 12 eingesetzt, bis sich der federgespannte elektrische Kontakt 20 auf dem Substrat 18 in der Tastkopfspitze 16 befindet. Der rohrförmige Hohlkörper 12 wird dann an der Stelle des elektrisch leitenden Zugentlastungsadapters 24 formgequetscht, um das Substrat 18 im rohrförmigen Hohlkörper 12 zu befestigen. Das Quetschen des rohrförmigen Hohlkörpers 12 bewirkt den elektrischen Erdkontakt zwischen dem äußeren Abschirmleiter 34 und dem Rohr 12 durch den Zugentlastungsadapter 24 und bewirkt durch eine feste Halterung des Leiterkabels im Zugentlastungsadapter 24 eine Zugentlastung für den zentralen Leiter 30.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters 24 gezeigt. Der Zugentlastungsadapter 24 ist aus einer Platte eines Berrylium-Kupfer- Materials 38 hergestellt, in der die verschiedenen Elemente ausgeformt sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Platte wird zu einem ungefähr rohrförmigen Teil 40 mit einer Grundfläche 42 und bogenförmig verlaufenden Seiten 44 geformt, wobei auf der der Grundfläche 42 gegenüberliegenden Seite ein Schlitz 46 gebildet wird. Von der Grundfläche 42 des rohrförmigen Teils 40 aus verläuft ein in einem Winkel ansteigendes plattes Teil 48, welches in eine platte Oberfläche 50 übergeht, die mit der Grundfläche 42 des rohrförmigen Teils 40 in etwa parallel verläuft. Am gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Teils 40 befinden sich Flansche 52, die von den bogenförmig verlaufenden Seiten 44 weg verlaufen.
Der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter 24 wird vor Anschluß des leitfähigen Kabels 26 auf der Oberfäche des Substrates 18 befestigt. Mehrere Substrate werden in einem Muster auf einem großen Stück Leiterplattenmaterials 54 oder dergleichen aufgebracht, wie es In der Leiterplattentechnik bekannt ist, wobei ein einzelnes Substrat auf einer Leiterplatte repräsentativ in Fig. 4 gezeigt ist. Schlitze 56 werden in der Nähe eines jeden der auf der Leiterplatte 54 aufgebrachten Substrate 18 eingebohrt, um die Zugentlastungsadapter 24 aufzunehmen. Die Zugentlastungsadapter 24 werden in die in der Leiterplatte 54 ausgebildeten Schlitze 56 eingesetzt, wobei die platte Übergangsfläche 50 des Adapters 24 auf den entsprechenden Lötflächen 58 auf den Substraten 18 aufliegt. Die Flansche 52 der rohrförmigen Teile 40 liegen oben auf der Leiterplatte auf, um die Adapter 24 in den Schlitzen 56 zu halten. Ein Oberflächenbefestigungsverfahren wird dazu verwendet, die platten Übergangsoberflächen 50 der Adapter 24 an den Lötflächen 58 festzulöten. Nach dem Lötverfahren werden die Flansche 52 gegen das rohrförmige Teil 40 gefaltet oder entfernt.
Es wurde ein verbesserter elektrischer Tastkopf mit einem elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapter zur Bereitstellung von geerdeten Verbindungen zwischen einem äußeren Abschirmleiter auf einem leitfähigen Kabel und einem in einem verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörper angeordneten Substrat und zwischen dem Hohlkörper und dem äußeren Abschirmleiter beschrieben. Der Zugentlastungsadapter bewirkt weiterhin eine mechanische Abstützung des Substrates im Hohlkörper und eine Zugentlastung für einen zentralen Leiter eines an den elektrischen Tastkopf angeschlossenen leitfähigen Kabels. Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen ausgeführt.

Claims

1. Elektrischer Tastkopf (10) mit einem verlängerten, elektrisch leitfähigen Hohlkörper (12), gekennzeichnet durch ein darin angeordnetes Substrat (18), das einen elektrisch leitfähigen Zugentlastungadapter (24) aufweist, der zur Aufnahme eines leitfähigen Kabels (26) mit einem zentralen Leiter (30) und einem äußerem Abschirmleiter (34), die durch Isoliermaterial voneinander getrennt sind, auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter (24) und der äußere Abschirmleiter (34) durch Verformung des Hohlkörpers in der Nähe des Zugentlastungsadapters (24) in elektrischem Kontakt mit dem verlängerten elektrisch leitfähigen Hohlkörper (12) kommen, und der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter eine elektrische Verbindung zwischen dem äußeren Abschirmleiter (34) und dem Substrat (18) und eine Zugentlastung für den zentralen Leiter (30) bildet.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, worin der elektrisch leitfähige Zugentlastungsadapter (24) weiterhin ein proximales, rohrförmiges Teil (40) mit einem darin ausgebildeten Schlitz (46) sowie ein flaches Teil (48), das vom rohrförmigen Teil (40) weg verläuft und auf der dem Schlitz (46) gegenüberliegenden Seite integral mit diesem ausgebildet ist, umfaßt.

3. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Tastkopfes (10) mit einem verlängerten, elektrisch leitfähigen Hohlkörper (12) und einem Substrat (18), das in den Hohlkörper einsetzbar ist, wobei das Verfahren umfaßt:

Befestigen eines elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapter (24) am Substrat (18);

Einziehen eines leitfähigen Kabels (26) mit einem zentralen Leiter (30) und einem äußeren Abschirmleiter (34), die durch ein Isoliermaterial voneinander getrennt sind, in den elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapter (24), wobei der äußere Abschirmleiter (34) mit dem Zugentlastungsadapter (24) in elektrischem Kontakt steht;

Einsetzen des Substrats (18) in den verlängerten, elektrisch leitfähigen Hohlkörper (12); und

Formquetschen des verlängerten, elektrisch leitfähigen Hohlkörpers (12) in der Nähe des Zugentlastungsadapters (24), um das leitfähige Kabel (26) im Zugentlastungsadapter (24) festzuhalten und somit eine Zugentlastung für den zentralen Leiter (30) des leitfähigen Kabels und elektrischen Kontakt zwischen dem äußeren Abschirmleiter (34) und dem verlängerten, elektrisch leitfähigen Hohlkörper (12) zu bewirken.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Tastkopfes nach Anspruch 3, worin der Befestigungsschritt weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Ausbilden des Substrates (18) auf der Leiterplatte (54);

Bohren eines Schlitzes (56) in die Leiterplatte (54) in der Nähe des Substrates (18);

Anordnen des elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters (24) innerhalb des in der Leiterplatte ausgebildeten Schlitzes (56); und

Auflöten des elektrisch leitfähigen Zugentlastungsadapters (24) auf das Substrat (18).