N2797A極限溫度有源探頭提供可靠的高低溫測試

許多工程師需要驗證他們的產(chǎn)品在不同工作溫度條件下的性能。迄今為止，極限溫度測試要求工程師在非指定溫度范圍內使用探頭，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℃)內工作，且不會(huì )受損。工程師能夠在溫度艙內使用探頭和探測附件，探頭適配夾和示波器位于溫度艙外。

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

在對電子產(chǎn)品執行環(huán)境測試時(shí)，測試工程師通常面臨著(zhù)一個(gè)困境：探測系統必須能夠像產(chǎn)品一樣適應嚴峻的環(huán)境條件。例如，車(chē)載設備的強化壽命測試需要在-55℃至+150℃溫度范圍內進(jìn)行。迄今為止，極限溫度測試要求工程師在非指定溫度范圍內使用探頭，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(zhù)溫度向極限范圍靠攏，有源探頭放大器的頻率響應開(kāi)始下降。圖1顯示了在高溫老化測試之后，普通同軸電纜的外部屏蔽出現故障。

圖1：在120℃高溫下完成了環(huán)境測試，常規探頭受損。

圖2顯示了在環(huán)境艙內進(jìn)行多次熱循環(huán)之后，對探頭連接器進(jìn)行X光纖檢測。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。這種降級最終會(huì )引起直流不連續性。

圖2：熱循環(huán)引起的探頭連接器故障。

與其在環(huán)境艙內放入脆弱的探頭，測試工程師往往使用延長(cháng)電纜連接目標和示波器。然而，這種方法存在嚴重不足。首先，它極大地限制了帶寬，由于延長(cháng)輸入電纜的寄生電感和電容還會(huì )引起非平坦頻率響應。典型地線(xiàn)的電感是1nH/mm.一米長(cháng)的延長(cháng)線(xiàn)會(huì )在探測路徑中產(chǎn)生大約1μH感抗，從而導致測量帶寬低至幾kHz范圍。另一個(gè)問(wèn)題是電磁耦合所引起的信號失真越來(lái)越明顯。延長(cháng)線(xiàn)越長(cháng)，耦合路徑也就越長(cháng)。隨著(zhù)設計復雜程度的加深，電磁噪聲源密度也在提高。延長(cháng)線(xiàn)的功能類(lèi)似于接收天線(xiàn)，能夠有效地在測量路徑中耦合電磁噪聲。最后，延長(cháng)線(xiàn)還會(huì )給被測電路增添額外的負載。有時(shí)候，這種負載太過(guò)明顯。例如，典型FR4 50Ω同軸電纜具有20pF/米的負載。對于高阻抗電路，過(guò)高的負載會(huì )使信號嚴重失真，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，電容負載是10至15 pF.其負載效應低于采用延長(cháng)線(xiàn)的常規探頭。然而，其帶寬通常限制在500 MHz，端接示波器的1 MΩ輸入時(shí)。目前電子設計中的大多數應用要求更高的帶寬。傳統無(wú)源探頭的工作溫度范圍是0至+50℃，通常無(wú)法滿(mǎn)足強化壽命測試的測量溫度要求。

為應對這種測量需求，要求使用帶附件的有源探頭，以滿(mǎn)足帶寬要求和嚴苛的測試條件。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固的探頭放入環(huán)境艙，從而使測試點(diǎn)和第一個(gè)放大器之間的信號路徑保持在最低水平。寄生電感(一般低于幾nH)和探頭負載(一般低于1pF)降至最低，使得探測帶寬高達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固的探頭放大器，可在-40℃至+85℃范圍內操作，能夠滿(mǎn)足大多數商業(yè)和工業(yè)級電子環(huán)境測試的要求。

圖3：探頭的輸入特征會(huì )隨著(zhù)延長(cháng)線(xiàn)而顯著(zhù)變化，因而使用延長(cháng)線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生嚴重的測量精度問(wèn)題。

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

N2797A還具有一些出色特性：1 MΩ輸入阻抗可將直流負載降至最低;2米長(cháng)的電纜可以擴展至環(huán)境艙;多種堅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計中需要進(jìn)行環(huán)境測試的研發(fā)或測試實(shí)驗室，尤其適合從事半導體、計算機、無(wú)線(xiàn)、汽車(chē)和消費性電子產(chǎn)業(yè)的工程師，他們需要在極限溫度范圍內驗證和表征設計。

圖5：N2797A在不同溫度下的頻率響應。

圖6：N2797A在6個(gè)月內，+90℃溫度下的頻率響應。