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(nèi)使用探頭，從而會損壞探頭。無論是有源還是無緣探頭，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，且不會受損。工程師能夠在溫度艙內(nèi)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(shè)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/保修時間;了解產(chǎn)品在極端溫度條件下的長期性能。電子行業(yè)把溫度劃分為三個等級。首先是所謂的標準范圍或商用級，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、汽車和航空航天行業(yè)，范圍為–55℃至+150℃。

在對電子產(chǎn)品執(zhí)行環(huán)境測試時，測試工程師通常面臨著一個困境：探測系統(tǒng)必須能夠像產(chǎn)品一樣適應(yīng)嚴峻的環(huán)境條件。例如，車載設(shè)備的強化壽命測試需要在-55℃至+150℃溫度范圍內(nèi)進行。迄今為止，極限溫度測試要求工程師在非指定溫度范圍內(nèi)使用探頭，從而會損壞探頭。無論是有源還是無緣探頭，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)材料的熱膨脹會使這些常規(guī)探頭受損。塑料外殼在+60℃以上的溫度就會開始變形。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(xiàn)故障。

圖1：在120℃高溫下完成了環(huán)境測試，常規(guī)探頭受損。

圖2顯示了在環(huán)境艙內(nèi)進行多次熱循環(huán)之后，對探頭連接器進行X光纖檢測。同軸電纜中的介質(zhì)材料會收縮，把中心探針從插座中拔出。這種降級最終會引起直流不連續(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，測試工程師往往使用延長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，由于延長輸入電纜的寄生電感和電容還會引起非平坦頻率響應(yīng)。典型地線的電感是1nH/mm.一米長的延長線會在探測路徑中產(chǎn)生大約1μH感抗，從而導(dǎo)致測量帶寬低至幾kHz范圍。另一個問題是電磁耦合所引起的信號失真越來越明顯。延長線越長，耦合路徑也就越長。隨著設(shè)計復(fù)雜程度的加深，電磁噪聲源密度也在提高。延長線的功能類似于接收天線，能夠有效地在測量路徑中耦合電磁噪聲。最后，延長線還會給被測電路增添額外的負載。有時候，這種負載太過明顯。例如，典型FR4 50Ω同軸電纜具有20pF/米的負載。對于高阻抗電路，過高的負載會使信號嚴重失真，從而引起功能故障。

工程師可選擇低成本、高阻抗的無源探頭。無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(yīng)低于采用延長線的常規(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。目前電子設(shè)計中的大多數(shù)應(yīng)用要求更高的帶寬。傳統(tǒng)無源探頭的工作溫度范圍是0至+50℃，通常無法滿足強化壽命測試的測量溫度要求。

為應(yīng)對這種測量需求，要求使用帶附件的有源探頭，以滿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，從而使測試點和第一個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(nèi)操作，能夠滿足大多數(shù)商業(yè)和工業(yè)級電子環(huán)境測試的要求。

圖3：探頭的輸入特征會隨著延長線而顯著變化，因而使用延長線會產(chǎn)生嚴重的測量精度問題。

圖4：N2797A極限溫度有源探頭應(yīng)用在環(huán)境艙內(nèi)，在極端條件下進行可靠的測量。 探頭經(jīng)驗證可以長期提供高溫穩(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個月內(nèi)，溫度為+90℃時的探頭穩(wěn)定性。

N2797A還具有一些出色特性：1 MΩ輸入阻抗可將直流負載降至最低;2米長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，以便簡化操作。這種探頭非常適合在設(shè)計中需要進行環(huán)境測試的研發(fā)或測試實驗室，尤其適合從事半導(dǎo)體、計算機、無線、汽車和消費性電子產(chǎn)業(yè)的工程師，他們需要在極限溫度范圍內(nèi)驗證和表征設(shè)計。

圖5：N2797A在不同溫度下的頻率響應(yīng)。

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