5.1 傳輸線觸波原理

理論的解析，如此在裝設時才能充分掌握問題之所在，另

一方面也才知道本設備所能應用的範圍在那裏。

在圖5.1-1中，由電磁波的理論分析來看，可分成兩部份，

一個是實際產生觸波的傳輸線區段，另一部份為傳送觸波

的傳輸線部份，其等效電路經過簡化後如圖5.1-2所示，而

其中電磁波在傳輸線中的傳送速度為

，　(2)

以下對這二個電路稍做說明，之後再對整個傳輸觸波產生

器的運作原理加以說明。

圖5.1-1

圖5.1-2

5.1.1 具有電阻負載的傳輸線

了使訊號不受干擾，因此使用同軸傳輸線傳送。此段迴路

由於負載阻抗與傳輸線阻抗不可能完全匹配，因而會造成

電磁波的反射，而其反射情形又因負載阻抗的大小而會造

成正向或反向的反射電磁波，這是由於反射係數是由負載

電阻(Load Resistance, R_d)及傳輸線特性阻抗(Characteristic

Resistance, R₀)而定。反射係數定義為

，　(3)

當負載電阻大於傳輸線特性阻抗時，將造成正向的反射電

壓，在經過2L₂ /u的時間後將傳至開關處，此反射電壓將進

入另一端電路，因而造成由L₁段傳輸線所產的觸波並不會

在一個週期完成後馬上結束，而會呈階梯狀的波形產生。

以下接著討論L₁傳輸線產生觸波的原理，以了解如何控制

觸波的寬度(即控制模擬靜電的能量)，以及了解為何在負

載電阻大於傳輸線特性阻抗時會有階梯狀的波形產生。

5.1.2 終端開路且具初始充電的傳輸線

Schottky二極體，而傳輸線的初始充電電壓 (V₀)於儀器的設

計中不會大於其崩潰電壓，因此一開始可視為終端開路的

傳輸線。此段的電路分析，可參考圖5.1-3。圖5.1-3(a)的等

效電路可用圖5.1-3(b)來表示，又圖5.1-3(b)可以等效於圖5.

1-3(c)與圖5.1-3(d)的相加。其中圖5.1-3(c)之電路不會有暫

態行為，因此這電路的電磁波暫態行為主要由圖5.1-3(d)所

決定。在繼電器開關開啟後，會有一負電壓入射波進入 L₁

傳輸線，而與原先初始充電電波做疊加(Superposition)，而

使得電壓在L₁傳輸線上成為

，　(4)

此電壓波以u的速度向兩側入射，當經 t = T₁=L₁/u 的時間

後到達終端，而由於終端為開路，反射係數為１，因此會

再產生一負電壓電磁波反射回開關處，在做疊加的結果剩

下

， (5)

的電壓值。基本上在開關另一端的輸入阻抗約為R₀，因此

這時的電壓值約為0，其電壓/電流波形如圖5.1-3(e)及圖5.1

-3(f)所示。

討論至此，可看出主要的觸波產生之時間為2T₁，即觸波

的脈衝寬度為2L₁ /u。所以，可用不同長度的 L₁傳輸線產

生不同脈衝寬度的觸波。然而，若看整個晶圓量測型式的

傳輸線觸波產生器時，就必需考慮另一端的反射波所造成

的影響，以下討論整個傳輸線觸波產生器的運作原理。

圖5.1-3

5.1.3 傳輸線觸波產生器的基本原理

一個如方程式(4)的電壓向兩側傳送，在右側電路( L₂傳輸線

)所造之反射波是影響觸波的主要因素，當右側反射波進入

左側L₁傳輸線後，若為負向反射波，則傳送至L₁左側終端

時，會造成Schottky二極體正偏，此時只要終端電阻與 L₁傳

輸線有匹配，將形成零反射，而終止反射波，其波形變化

可參考圖5.1-4。但右側反射波若為正向反射波時，其到達

L₁終端時，此反射波依然會再一次的反射回來，從反射至

開關處算起，所經歷的時脈依然為2T₁ ，所以此觸波產生

器所形成的波型為階梯狀的波形。

，　(4)

也因此欲得到較完整的方形觸波之條件為：

１、L₂越短越好

２、待測元件之負載阻抗需小於傳輸線特性阻抗。

而要產生完整方形觸波的原因，是因為在量測時，二次崩

電流的量測不易判斷，若有較完整的方形觸波，有助於量

測上的精確判讀。原理了解清楚後，接著便著手進行傳輸

線觸波產生器的組裝。

圖5.1-4