N2797A极限温度有源探头提供可靠的高低温测试 可靠性, 极限, 电子

Bazinga

许多工程师需要验证他们的产品在不同工作温度条件下的性能。迄今为止，极限温度测试要求工程师在非指定温度范围内使用探头，从而会损坏探头。无论是有源还是无缘探头，大部分探头具有指定的工作温度范围，从0至50摄氏度。新型Agilent N2797A极限温度有源探头可在更宽泛的温度范围（-40至85℃）内工作，且不会受损。工程师能够在温度舱内使用探头和探测附件，探头适配夹和示波器位于温度舱外。

可靠性温度测试在电子设计流程中非常重要。它有助于在早期检测产品故障；确定合理的校准/保修时间；了解产品在极端温度条件下的长期性能。电子行业把温度划分为三个等级。首先是所谓的标准范围或商用级，在0℃至+40℃范围内产品可以获得全面的质保。–45℃至+80℃是一个更严苛的温度范围，通常用于消费电子产品的极限测试。最后是极限温度范围，通常用于军事、汽车和航空航天行业，范围为–55℃至+150℃。

在对电子产品执行环境测试时，测试工程师通常面临着一个困境：探测系统必须能够像产品一样适应严峻的环境条件。例如，车载设备的强化寿命测试需要在-55℃至+150℃温度范围内进行。迄今为止，极限温度测试要求工程师在非指定温度范围内使用探头，从而会损坏探头。无论是有源还是无缘探头，大部分探头具有指定的工作温度范围，从0至+50℃。同轴电缆介质材料的热膨胀会使这些常规探头受损。塑料外壳在+60℃以上的温度就会开始变形。随着温度向极限范围靠拢，有源探头放大器的频率响应开始下降。图1显示了在高温老化测试之后，普通同轴电缆的外部屏蔽出现故障。


图1：在120℃高温下完成了环境测试，常规探头受损。

图2显示了在环境舱内进行多次热循环之后，对探头连接器进行X光纤检测。同轴电缆中的介质材料会收缩，把中心探针从插座中拔出。这种降级最终会引起直流不连续性。


图2：热循环引起的探头连接器故障。

与其在环境舱内放入脆弱的探头，测试工程师往往使用延长电缆连接目标和示波器。然而，这种方法存在严重不足。首先，它极大地限制了带宽，由于延长输入电缆的寄生电感和电容还会引起非平坦频率响应。典型地线的电感是1nH/mm.一米长的延长线会在探测路径中产生大约1μH感抗，从而导致测量带宽低至几kHz范围。另一个问题是电磁耦合所引起的信号失真越来越明显。延长线越长，耦合路径也就越长。随着设计复杂程度的加深，电磁噪声源密度也在提高。延长线的功能类似于接收天线，能够有效地在测量路径中耦合电磁噪声。最后，延长线还会给被测电路增添额外的负载。有时候，这种负载太过明显。例如，典型FR4 50Ω同轴电缆具有20pF/米的负载。对于高阻抗电路，过高的负载会使信号严重失真，从而引起功能故障。

工程师可选择低成本、高阻抗的无源探头。无源探头的输入阻抗通常为10 MΩ，电容负载是10至15 pF.其负载效应低于采用延长线的常规探头。然而，其带宽通常限制在500 MHz，端接示波器的1 MΩ输入时。目前电子设计中的大多数应用要求更高的带宽。传统无源探头的工作温度范围是0至+50℃，通常无法满足强化寿命测试的测量温度要求。

为应对这种测量需求，要求使用带附件的有源探头，以满足带宽要求和严苛的测试条件。为此，安捷伦提供业界首款低成本、高阻抗的输入有源探头解决方案。Agilent N2797A极限温度单端有源探头允许工程师直接把坚固的探头放入环境舱，从而使测试点和第一个放大器之间的信号路径保持在最低水平。寄生电感（一般低于几nH）和探头负载（一般低于1pF）降至最低，使得探测带宽高达1.5 GHz.探头配有特定的高温同轴电缆、高温硅橡胶皮套和坚固的探头放大器，可在-40℃至+85℃范围内操作，能够满足大多数商业和工业级电子环境测试的要求。


图3：探头的输入特征会随着延长线而显著变化，因而使用延长线会产生严重的测量精度问题。


图4：N2797A极限温度有源探头应用在环境舱内，在极端条件下进行可靠的测量。探头经验证可以长期提供高温稳定性。图5显示了不同温度范围内的频率响应。图6显示了在6个月内，温度为+90℃时的探头稳定性。

N2797A还具有一些出色特性：1 MΩ输入阻抗可将直流负载降至最低；2米长的电缆可以扩展至环境舱；多种坚固探头附件支持各种使用模型和Agilent AutoProbe接口，以便简化操作。这种探头非常适合在设计中需要进行环境测试的研发或测试实验室，尤其适合从事半导体、计算机、无线、汽车和消费性电子产业的工程师，他们需要在极限温度范围内验证和表征设计。


图5：N2797A在不同温度下的频率响应。


图6：N2797A在6个月内，+90℃温度下的频率响应。