N2797A極限溫度有源探頭提供可靠的高低溫測(cè)試

許多工程師需要驗(yàn)證他們的產(chǎn)品在不同工作溫度條件下的性能。迄今為止，極限溫度測(cè)試要求工程師在非指定溫度范圍內(nèi)使用探頭，從而會(huì)損壞探頭。無(wú)論是有源還是無(wú)緣探頭，大部分探頭具有指定的工作溫度范圍，從0至50攝氏度。新型Agilent N2797A極限溫度有源探頭可在更寬泛的溫度范圍(-40至85℃)內(nèi)工作，且不會(huì)受損。工程師能夠在溫度艙內(nèi)使用探頭和探測(cè)附件，探頭適配夾和示波器位于溫度艙外。

可靠性溫度測(cè)試在電子設(shè)計(jì)流程中非常重要。它有助于在早期檢測(cè)產(chǎn)品故障;確定合理的校準(zhǔn)/保修時(shí)間;了解產(chǎn)品在極端溫度條件下的長(zhǎng)期性能。電子行業(yè)把溫度劃分為三個(gè)等級(jí)。首先是所謂的標(biāo)準(zhǔn)范圍或商用級(jí)，在0℃至+40℃范圍內(nèi)產(chǎn)品可以獲得全面的質(zhì)保。–45℃至+80℃是一個(gè)更嚴(yán)苛的溫度范圍，通常用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的極限測(cè)試。最后是極限溫度范圍，通常用于軍事、汽車和航空航天行業(yè)，范圍為–55℃至+150℃。

在對(duì)電子產(chǎn)品執(zhí)行環(huán)境測(cè)試時(shí)，測(cè)試工程師通常面臨著一個(gè)困境：探測(cè)系統(tǒng)必須能夠像產(chǎn)品一樣適應(yīng)嚴(yán)峻的環(huán)境條件。例如，車載設(shè)備的強(qiáng)化壽命測(cè)試需要在-55℃至+150℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。迄今為止，極限溫度測(cè)試要求工程師在非指定溫度范圍內(nèi)使用探頭，從而會(huì)損壞探頭。無(wú)論是有源還是無(wú)緣探頭，大部分探頭具有指定的工作溫度范圍，從0至+50℃。同軸電纜介質(zhì)材料的熱膨脹會(huì)使這些常規(guī)探頭受損。塑料外殼在+60℃以上的溫度就會(huì)開(kāi)始變形。隨著溫度向極限范圍靠攏，有源探頭放大器的頻率響應(yīng)開(kāi)始下降。圖1顯示了在高溫老化測(cè)試之后，普通同軸電纜的外部屏蔽出現(xiàn)故障。

圖1：在120℃高溫下完成了環(huán)境測(cè)試，常規(guī)探頭受損。

圖2顯示了在環(huán)境艙內(nèi)進(jìn)行多次熱循環(huán)之后，對(duì)探頭連接器進(jìn)行X光纖檢測(cè)。同軸電纜中的介質(zhì)材料會(huì)收縮，把中心探針從插座中拔出。這種降級(jí)最終會(huì)引起直流不連續(xù)性。

圖2：熱循環(huán)引起的探頭連接器故障。

與其在環(huán)境艙內(nèi)放入脆弱的探頭，測(cè)試工程師往往使用延長(zhǎng)電纜連接目標(biāo)和示波器。然而，這種方法存在嚴(yán)重不足。首先，它極大地限制了帶寬，由于延長(zhǎng)輸入電纜的寄生電感和電容還會(huì)引起非平坦頻率響應(yīng)。典型地線的電感是1nH/mm.一米長(zhǎng)的延長(zhǎng)線會(huì)在探測(cè)路徑中產(chǎn)生大約1μH感抗，從而導(dǎo)致測(cè)量帶寬低至幾kHz范圍。另一個(gè)問(wèn)題是電磁耦合所引起的信號(hào)失真越來(lái)越明顯。延長(zhǎng)線越長(zhǎng)，耦合路徑也就越長(zhǎng)。隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的加深，電磁噪聲源密度也在提高。延長(zhǎng)線的功能類似于接收天線，能夠有效地在測(cè)量路徑中耦合電磁噪聲。最后，延長(zhǎng)線還會(huì)給被測(cè)電路增添額外的負(fù)載。有時(shí)候，這種負(fù)載太過(guò)明顯。例如，典型FR4 50Ω同軸電纜具有20pF/米的負(fù)載。對(duì)于高阻抗電路，過(guò)高的負(fù)載會(huì)使信號(hào)嚴(yán)重失真，從而引起功能故障。

工程師可選擇低成本、高阻抗的無(wú)源探頭。無(wú)源探頭的輸入阻抗通常為10 MΩ，電容負(fù)載是10至15 pF.其負(fù)載效應(yīng)低于采用延長(zhǎng)線的常規(guī)探頭。然而，其帶寬通常限制在500 MHz，端接示波器的1 MΩ輸入時(shí)。目前電子設(shè)計(jì)中的大多數(shù)應(yīng)用要求更高的帶寬。傳統(tǒng)無(wú)源探頭的工作溫度范圍是0至+50℃，通常無(wú)法滿足強(qiáng)化壽命測(cè)試的測(cè)量溫度要求。

為應(yīng)對(duì)這種測(cè)量需求，要求使用帶附件的有源探頭，以滿足帶寬要求和嚴(yán)苛的測(cè)試條件。為此，安捷倫提供業(yè)界首款低成本、高阻抗的輸入有源探頭解決方案。Agilent N2797A極限溫度單端有源探頭允許工程師直接把堅(jiān)固的探頭放入環(huán)境艙，從而使測(cè)試點(diǎn)和第一個(gè)放大器之間的信號(hào)路徑保持在最低水平。寄生電感(一般低于幾nH)和探頭負(fù)載(一般低于1pF)降至最低，使得探測(cè)帶寬高達(dá)1.5 GHz.探頭配有特定的高溫同軸電纜、高溫硅橡膠皮套和堅(jiān)固的探頭放大器，可在-40℃至+85℃范圍內(nèi)操作，能夠滿足大多數(shù)商業(yè)和工業(yè)級(jí)電子環(huán)境測(cè)試的要求。

圖3：探頭的輸入特征會(huì)隨著延長(zhǎng)線而顯著變化，因而使用延長(zhǎng)線會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的測(cè)量精度問(wèn)題。

圖4：N2797A極限溫度有源探頭應(yīng)用在環(huán)境艙內(nèi)，在極端條件下進(jìn)行可靠的測(cè)量。 探頭經(jīng)驗(yàn)證可以長(zhǎng)期提供高溫穩(wěn)定性。圖5顯示了不同溫度范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)。圖6顯示了在6個(gè)月內(nèi)，溫度為+90℃時(shí)的探頭穩(wěn)定性。

N2797A還具有一些出色特性：1 MΩ輸入阻抗可將直流負(fù)載降至最低;2米長(zhǎng)的電纜可以擴(kuò)展至環(huán)境艙;多種堅(jiān)固探頭附件支持各種使用模型和Agilent AutoProbe接口，以便簡(jiǎn)化操作。這種探頭非常適合在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行環(huán)境測(cè)試的研發(fā)或測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，尤其適合從事半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、無(wú)線、汽車和消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)的工程師，他們需要在極限溫度范圍內(nèi)驗(yàn)證和表征設(shè)計(jì)。

圖5：N2797A在不同溫度下的頻率響應(yīng)。

圖6：N2797A在6個(gè)月內(nèi)，+90℃溫度下的頻率響應(yīng)。