Agilent N2797A — активный пробник напряжения повышенной надежности

№ 2’2014
PDF версия
Ресурсные испытания являются очень важной частью процесса проектирования электронных устройств. Они помогают выявить недостатки изделий на ранних этапах разработки, определить оптимальный срок калибровки и гарантии, понять тенденции долговременного изменения характеристик изделия в экстремальных условиях эксплуатации и т. п. Надежность характеризуется средним временем наработки до отказа (разрушения) (MTTF), средним временем наработки на отказ до следующей поломки (MTBF) и расчетным сроком службы. Эти параметры рассчитываются статистически, на основе выборочных климатических испытаний, проводимых в строго контролируемых лабораторных условиях. Правила проведения климатических испытаний электронных устройств определены в стандартах IEC и MIL.

В ходе климатических испытаний электронных изделий инженеры часто сталкиваются со следующей проблемой: пробники измерительной системы должны выдерживать те же жесткие условия, что и испытуемое изделие. Например, в испытаниях на ускоренное старение перепад температур может составлять от –50 до +150 °C. В таких условиях обычные пробники напряжения повреждаются в результате теплового расширения диэлектрика коаксиальных кабелей. Пластиковые корпуса начинают деформироваться уже примерно при +60 °C. АЧХ усилителей активных пробников становится неравномерной с ростом температуры.

На рис. 1 показано разрушение внешней изоляции обычного коаксиального кабеля после испытаний на старение при высокой температуре.

Обычный кабель пробника, поврежденный после климатических испытаний при 120 °C

Рис. 1. Обычный кабель пробника, поврежденный после климатических испытаний при 120 °C

А на рис. 2 представлены результаты рентгеноскопического исследования головки пробника после многократного циклического изменения температуры в климатической камере. Диэлектрический материал коаксиального кабеля сжался и отошел назад, «вытянув» центральный контакт из гнезда. В конечном итоге прогрессирующая деградация может привести к обрыву цепи.

Повреждение разъема пробника под воздействием циклического изменения температуры

Рис. 2. Повреждение разъема пробника под воздействием циклического изменения температуры

Вместо того чтобы помещать хрупкую головку пробника в климатическую камеру, инженеры используют для подключения исследуемого изделия к осциллографу удлинительные кабели. Однако этот метод имеет несколько ограничений. Во‑первых, он существенно сужает полосу пропускания в связи с увеличением паразитной емкости и индуктивности. По грубой оценке, погонная индуктивность кабеля равна примерно 1 нГн/мм. Один метр удлинительного кабеля обладает индуктивностью около 1 мкГн, что сильно ограничивает полосу измерения, смещая ее в килогерцовый диапазон.

Во‑вторых, из-за электромагнитного взаимодействия возрастают искажения сигнала. Чем длиннее удлинительный кабель, тем больше участок взаимодействия. С ростом сложности конструкции растет и число источников шума. Удлинительный кабель работает подобно приемной антенне и эффективно принимает шумовые сигналы в измерительный тракт.

И наконец, удлинительный кабель увеличивает нагрузку на исследуемую цепь. Иногда такая нагрузка может оказаться чрезмерной. Например, типичный коаксиальный кабель FR4 с волновым сопротивлением 50 Ом создает емкостную нагрузку 120 пФ/м. Для цепей с малым сопротивлением большая нагрузка может настолько исказить сигнал, что нарушится функциональность изделия.

Инженеры могут воспользоваться недорогими пассивными пробниками напряжения повышенной надежности. Обычно входное сопротивление таких пассивных пробников равно примерно 10 МОм, а входная емкость лежит в диапазоне от 10 до 15 пФ. В этом случае создается значительно меньшая нагрузка, чем при использовании удлинительного кабеля. Тем не менее при подключении к входу осциллографа с сопротивлением 1 МОм верхняя граница полосы пропускания обычно опускается до 500 МГц. Множество современных электронных устройств требует существенно большей полосы. Кроме того, рабочая температура обычного пассивного пробника ограничена диапазоном от 0 до +50 °C, что, как правило, значительно меньше диапазона температур, используемого при испытаниях на ускоренное старение.

Для решения этой проблемы нужны специальные активные пробники напряжения и принадлежности, обладающие достаточной полосой пропускания и способные выдерживать жесткие условия испытаний. Компания Agilent предлагает первый в отрасли недорогой активный пробник повышенной надежности, отвечающий этим требованиям.

Несимметричный активный пробник Agilent N2797A рассчитан на экстремальный диапазон температур. Это позволяет располагать головку пробника прямо в климатической камере, что минимизирует путь прохождения сигнала от контрольной точки до предусилителя. Малая паразитная индуктивность (обычно менее нескольких нГн) и входная емкость (обычно менее 1 пФ) позволяют снимать сигнал с полосой до 1,5 ГГц.

В пробнике применен специальный термостойкий коаксиальный кабель, термостойкий корпус с покрытием из кремнийорганической резины и усилитель повышенной надежности. Поэтому Agilent N2797A может выдерживать температуру от –40 до +85 °C, что достаточно для большинства климатических испытаний. Кроме того, пробник обладает высокой долговременной температурной стабильностью.

АЧХ пробника N2797A при разных температурах

Рис. 3. АЧХ пробника N2797A при разных температурах

На рис. 3 показана АЧХ пробника при разной температуре. А долговременную стабильность пробника при температуре +90 °C в течение шести месяцев можно оценить с помощью рис. 4.

Изменение АЧХ пробника N2797A при +90 °C за шесть месяцев

Рис. 4. Изменение АЧХ пробника N2797A при +90 °C за шесть месяцев

К другим особенностям устройства относятся входное сопротивление 1 МОм, минимизирующее воздействие на исследуемую цепь, двухметровый удлинительный кабель, широкий выбор принадлежностей повышенной надежности для поддержки разных моделей и интерфейс Agilent AutoProbe, упрощающий работу.

Пробник такого типа пригодится в любой исследовательской лаборатории, где климатические испытания являются неотъемлемой частью цикла разработки.

Литература
  1. IEC 60068-1. Климатические испытания. 1988.
  2. MIL-STD‑810. Стандартные методы испытаний для моделирования условий эксплуатации и лабораторных испытаний. 2009.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *