汽車電子測試包含了AV和EV 兩大方面，具體涉及車載以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)總線、汽車?yán)走_(dá)，電池充放電等測試。這些測試項目會用各種類型的儀器設(shè)備，來完成各方面的應(yīng)用測試。為了更好的使用和保障儀器穩(wěn)定的工作狀態(tài)，掌握正確的使用方法，您將事半功倍。

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《避免功率計和功率傳感器受損的七項實踐》

引言

功率計和功率傳感器等儀器在本質(zhì)上非常適用于大功率射頻測量應(yīng)用。如果操作得當(dāng)，這些儀器就會非?？煽亢湍陀谩５?，制造商每年都會收到大量受損的功率傳感器。本文以針對這些傳感器做出的維修評估為基礎(chǔ)，重點介紹了可以保護功率計和功率傳感器并延長其使用壽命的幾個最佳實踐。

實踐 1：避免超出功率

圖1 所示為使用功率計和功率傳感器測量高頻功率的基本方法。功率傳感器將高頻功率轉(zhuǎn)換為功率計可以對照射頻功率電平來測量的直流或低頻信號。功率計將檢測到的信號顯示為以dBm或瓦為單位的功率值。

圖 1. 使用功率計和功率傳感器進行功率測量的基本方法

功率傳感器根據(jù)型號不同，可能最大可測量功率最低可到-60 dBm，最高可到+40 dBm。為了提供安全裕量，最大額定功率要稍微高出這個范圍。即使考慮了安全裕量，是德科技服務(wù)中心收到的故障傳感器中也有一半以上是由于功率過大而損壞的。經(jīng)過檢查可以發(fā)現(xiàn)，輸入級微波電路中通常會有損壞的元器件。

隔板是功率傳感器中的金屬部分，也是功率傳感器中價格最高的模塊，其單價大約會占到同一型號全新單元價格的80%（圖2）。隔板內(nèi)部有一個塑料小珠，支撐著易碎的高精度射頻輸入連接器中心引腳，以及一個裝有終端電阻和衰減器電阻的薄膜電路盒和一個傳感元件。隔板的作用是將射頻輸入轉(zhuǎn)換為低直流電壓，直流電壓會與輸入功率成比例變化。

圖 2. 功率傳感器的隔板

為防止隔板上施加的功率過大，您需要：––了解您測量的信號的大致信號電平––確保測量的功率完全處在功率傳感器的動態(tài)范圍之內(nèi)––使用射頻限幅器來衰減超出功率傳感器限值的功率

實踐 2：避免過壓

如果信號中的直流電壓超過功率傳感器可以處理的最高電壓，就可能會損壞功率傳感器的隔板。典型的直流阻隔功率傳感器可以處理高達(dá)20 VDC 的電壓。像Keysight U2004A 和E9304A 這樣的直流耦合傳感器可以處理的電壓則要低得多（通常為5 V）

圖 3. 某些功率傳感器采用了內(nèi)置隔直流或直流耦合設(shè)計

隔直流與直流耦合

隔直流功率傳感器

隔直流傳感器的傳感元件前串聯(lián)了一個電容器，用于抑制可能損壞或影響測量精度的低頻信號。在直流偏置與射頻信號共享同一路徑的應(yīng)用中，建議使用隔直流傳感器來進行精確的功率測量。對于隔直流傳感器而言，頻率越低，傳感器的電容就需要越大一些。

直流耦合功率傳感器

直流耦合功率傳感器不使用阻斷電容器。因此，直流耦合傳感器具有更好的電壓駐波比(VSWR)性能，能夠測量較低的頻率。直流耦合傳感器非常適用于計量應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，可以使用電壓表來測量傳感器的電壓，以此校準(zhǔn)傳感器并進行直接比較。

為防止出現(xiàn)過壓，請根據(jù)功率傳感器的屬性來為您的應(yīng)用選擇最適合的傳感器（表1）。

表 1. 隔直流和直流耦合功率傳感器的屬性比較

實踐 3：遵循警告提示和技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定

每個功率傳感器均帶有顯示關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和警告提示的產(chǎn)品標(biāo)簽（圖4）。標(biāo)簽提示了功率傳感器可以測量的最低和最高功率電平。此功率電平的范圍稱為動態(tài)范圍。標(biāo)簽還指示了功率傳感器可以測量的最低和最高頻率，這就是規(guī)定的頻率范圍。如果功率傳感器測量的是峰值功率，那么標(biāo)簽還會注明視頻帶寬。標(biāo)簽上還會印制各種警告和提醒。不要超出技術(shù)指標(biāo)說明書中給出的值，或功率傳感器和功率計上的黃色警告標(biāo)簽所指示的值。

圖 4. 傳感器的產(chǎn)品標(biāo)簽指示了關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)和警告提示

實踐 3：遵循警告提示和技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定（續(xù)）

選擇合適的功率傳感器

選擇功率傳感器時，最好是選擇與您要測量的信號相匹配的傳感器。表2 列出了各種功率傳感器與適合應(yīng)用的功率計之間的兼容情況。

表 2. 功率傳感器與功率計的兼容性

1. 432A 型號已由 N432A 替代。2. E4418B/19B 型號已由 N1913A/14A 替代。3. 僅限于 N1913A/14A。

實踐 3：遵循警告提示和技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定（續(xù)）

選擇合適的功率傳感器（續(xù)）

在選擇了功率傳感器之后，請根據(jù)您的應(yīng)用來選擇合適的功率計。U2000 系列USB 功率傳感器與EPM 系列功率計類似，二者都只能測量平均功率。USB 傳感器輕巧便攜，非常容易安裝和維護。需要標(biāo)準(zhǔn)機架設(shè)備的用戶可以選用EPM 系列。EPM-P 是一款性能適中的功率計，可以測量峰值功率。它的VBW 為5 MHz，非常適合用于GSM、EDGE 和CDMA 測量。

P 系列為是德科技公司的高性能儀表系列。這些儀表具有30 MHz 的VBW，非常適合用于LTE、WiMAX?、MIMO 和雷達(dá)測量。N1918A 功率分析管理軟件是基于Windows 的軟件，它對某些是德科技儀表的功能進行了擴展?；A(chǔ)版本可從是德科技網(wǎng)站免費下載。

表 3. 適合不同應(yīng)用的功率計/功率傳感器類型

實踐 4：保護射頻連接器和適配器

謹(jǐn)慎使用可以最大程度地控制性能的下降，在使用昂貴的測量儀器連接器時，這一點尤其有幫助。受損或不合格的連接器可能會損壞與之相連的好的連接器，即使是第一次連接也是如此。因此，如果發(fā)現(xiàn)受損的連接器或適配器，則應(yīng)當(dāng)進行處理或立即送去維修。不良的連接器會導(dǎo)致傳輸和反射損耗，在斷開連接或重新連接時，傳輸和反射損耗可能會發(fā)生變化，連接還可能變得斷斷續(xù)續(xù)，導(dǎo)致測量誤差和可重復(fù)性問題。為最大程度保證質(zhì)量和避免儀表損壞，建議使用是德科技原廠微波轉(zhuǎn)接器。

進行連接

圖5 所示為典型的陽頭和陰頭連接器的橫截面。我們要關(guān)注的重要部分是中心導(dǎo)體、外部導(dǎo)體（也稱為配合平面）和擰緊到陰螺紋上使導(dǎo)體互相接觸的螺母。

圖 5. 陽頭和陰頭連接器橫截面

進行連接時，兩個連接器的中心軸應(yīng)對齊（圖6）。將兩個連接器推到一起，使得陽頭引腳可以平穩(wěn)地滑入陰頭指桿。電接觸通過陽頭引腳外表面上的陰頭中心導(dǎo)體的內(nèi)表面與配合平面的物理接觸來實現(xiàn)。

圖 6. 正確對齊并連接以防損壞

實踐 4：保護射頻連接器和適配器（續(xù)）

進行連接（續(xù)）

擰緊時只能旋轉(zhuǎn)連接器螺母。不要轉(zhuǎn)動器件或連接器主體（圖7）

圖 7. 正確擰緊以防損壞

功率傳感器也適用同樣的規(guī)則（圖8）。旋轉(zhuǎn)射頻輸入連接器的連接器螺母，不要轉(zhuǎn)動器件。

圖 8. 正確進行連接以防損壞傳感器

實踐 4：保護射頻連接器和適配器（續(xù)）

斷開連接

斷開連接時，握住連接器主體，防止晃動或彎曲連接器。如有必要，用開口扳手（最好是力矩扳手）松開連接器螺母（圖9）。切勿使用鉗子。用手?jǐn)嚅_連接，并將連接器筆直拉開。

圖 9. 握住連接器主體，防止在斷開連接時發(fā)生損壞。

圖10 所示為不同類型連接器上的受損陰頭指桿。此類損傷是由于陽頭中心導(dǎo)體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，或是在連接和斷開過程中未對準(zhǔn)而導(dǎo)致的。

圖 10. 受損的陰頭連接器指桿

實踐 4：保護射頻連接器和適配器（續(xù)）

使用扭矩

盡管是德科技的許多射頻/微波連接器在設(shè)計上都考慮到了其機械接口的堅固性，但用戶必須注意施加到螺母上的扭矩大小，這樣才能保證有長壽命和良好的信號性能。扭矩太大會使得連接器部件變形，并可能導(dǎo)致出現(xiàn)不匹配。扭矩太小則會導(dǎo)致VSWR 不良，造成連接不良。表4 顯示了各種連接器所需要的扭矩值。使用正確的扭矩還可以提高測量的可重復(fù)性。

表 4. 根據(jù)連接器類型建議的擰緊扭矩

圖11 所示為 N 型扭矩扳手示例。擰緊時應(yīng)輕輕握住手柄的末端。在達(dá)到斷裂點時停止擰緊。

N 型扭矩扳手示例

扭矩扳手在使用時保持筆直

當(dāng)手柄開始彎曲時停止

圖 11. 使用 N 型扭矩扳手可防止擰得太緊

實踐 4：保護射頻連接器和適配器（續(xù)）

將適配器用作連接器保護器

使用適配器是保護功率傳感器射頻輸入連接器的方法之一（圖12）。使用適配器最主要的原因是預(yù)防被測器件(DUT) 與功率傳感器使用了不同的連接器。即使被測器件確實使用同一系列的連接器，使用儀器級的適配器也可以提供保護，從而防止損壞，避免昂貴的維修成本。注意：在計量校準(zhǔn)期間不得使用適配器，否則會有損高精度。

圖 12. 使用適配器可以保護連接器

目視檢查

對連接器進行目視檢查非常重要。由于連接器具有非常精密的機械公差，因此細(xì)微的缺陷、損傷和污垢都會大大降低可重復(fù)性和精度。在進行連接之前，目視檢查是否存在明顯的缺陷，例如嚴(yán)重磨損的鍍層，較深的劃痕或凹痕。由于金的質(zhì)地比較軟，因此鍍金連接器更容易受到機械損傷。

螺紋損傷通常會導(dǎo)致金屬碎屑掉落到連接器的其他部件內(nèi)，造成嚴(yán)重?fù)p傷。如果連接器有明顯缺陷，請棄用或?qū)⑵渌腿ゾS修。對于松散的金屬顆?；蛐±w維之類的碎屑，可使用壓縮空氣或氮氣以< 400 kPa 的低壓將其吹走。

對于用壓縮空氣無法清除的污垢或頑固污染物，可使用蘸有異丙醇的無絨棉簽擦拭干凈。不得使用其他溶劑，否則可能會侵蝕支撐中心導(dǎo)體的塑料介電珠。擦拭時要徑向動作，不要打圈。注意避免將清潔棉簽卡到中心導(dǎo)體的指桿上。

實踐 4：保護射頻連接器和適配器（續(xù)）

使用量規(guī)

連接器量規(guī)是機械檢查射頻連接器時采用的工具（圖13）。它可以測量引腳的深度。由于射頻連接器的機械公差非常精確，一旦超出機械技術(shù)指標(biāo)，即使是非常干凈的新連接器也可能會引起麻煩（圖14）。第一次使用連接器之前，請記錄引腳深度，以便與將來的讀數(shù)進行比較。

圖 13. 連接器量規(guī)可測量引腳深度

圖 14. 確保測量精度需要使用適當(dāng)?shù)囊_深度

如果陽頭引腳的肩部超出了外部導(dǎo)體的接合面，連接會對引腳產(chǎn)生作用力，導(dǎo)致陰頭和陽頭引腳受損。

處理和儲存

在不用時，請用制造商提供的保護端蓋保護好連接器。切勿將連接器或校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件散放到盒子內(nèi)。

這種存儲方法也是造成連接器損壞的常見原因。不要觸摸接合面。皮膚油脂和微小顆粒很難從這些表面上去除。不得將連接器的觸點末端朝下放置在堅硬的表面上。接觸堅硬的表面可能會損壞鍍層和接合面。

實踐 5：確保正確接地

始終使用功率計隨附的三芯交流電源線，這樣可以確保設(shè)備正確接地。接地引腳的作用是將設(shè)備的裸露金屬接地。儀器正常工作時，設(shè)備地線中沒有電流。如果發(fā)生故障，那么設(shè)備地線會為電流提供流動路徑。這樣可以保護儀器和操作人員。

檢查交流電源的質(zhì)量和極性，通常使用的交流電壓為100、120、220 V ±10% 或240 V +5%/-10%。預(yù)期的典型地線電阻為< 1Ω，零線和地線之間的電壓為< 1V。必要時可以安裝不間斷電源(UPS)。

實踐 6：采取靜電放電（ESD）預(yù)防措施

人體會積聚靜電，在放電時很容易損壞敏感的內(nèi)部電路元件。即使是人體感覺不到的靜電放電也可能會造成永久性損傷。功率傳感器標(biāo)簽上的ESD 符號表示功率傳感器對靜電極其敏感（圖15）。連接器中心引腳上的靜電放電會使功率傳感器無法工作。

圖 15. 功率傳感器上使用的標(biāo)簽，顯示了其對 ESD 的敏感性

為防止ESD 造成損傷，請確保：––在不使用功率傳感器時，要一直把連接器的蓋子蓋上––盡可能在沒有靜電的工作站進行功率測量––只有在沒有靜電的工作場地中，才能進行功率傳感器的清潔和檢查––避免將靜電源放在防靜電工作臺的一米范圍內(nèi)

實踐 6：采取靜電放電（ESD）預(yù)防措施（續(xù)）

ESD 保護設(shè)置

圖16 所示為使用接地墊和腕帶的典型ESD 保護設(shè)置。

圖 16. 典型的 ESD 保護配置

桌面覆蓋了一層耗散墊，通過1 MΩ 電阻器接地。避免使用導(dǎo)電表面，因為低電阻會導(dǎo)致類似瞬態(tài)的靜電放電。與通過靜電耗散材料逐漸放電相比，快速放電對電子器件造成的危害更大。耗散墊可使釋放在其表面的電荷在墊子周圍流動，讓墊子的各個部分都具有相同的電荷。當(dāng)墊子接地時，這些電荷會以較慢的速率重新結(jié)合，直到墊子上的靜電全部耗散。在可能遇到的最高電壓下，為了將故障電流限制在0.5 mA，需要使用1 MΩ 的電阻器。

接地的工作人員必須佩戴高電阻腕帶。腕帶會緩慢耗散高電阻電流，防止電流涌入接地線導(dǎo)致嚴(yán)重傷害。腕帶通常由彈性尼龍織物制成，其內(nèi)表面采用了導(dǎo)電纖維。

在接地地面上穿著防靜電鞋可以進一步提高靜電環(huán)境的防護能力。工作人員還應(yīng)當(dāng)穿著防靜電工作服。

實踐 7：檢查溫度和濕度

必須妥善存放功率計和功率傳感器。如果暴露在極端濕度、溫度、灰塵和其他條件下，設(shè)備的性能可能會受損。功率傳感器和功率計應(yīng)當(dāng)保存在清潔、干燥的環(huán)境中。確保設(shè)備機架通風(fēng)良好。定期檢查并清潔散熱孔和風(fēng)扇。

建議的操作和存儲環(huán)境條件參見技術(shù)資料。最佳工作溫度為23 °C ±5 °C。儀器應(yīng)始終存放在<30°C 的環(huán)境溫度下。如果在這個溫度范圍之外使用器件，則可能會造成測量誤差。在極端溫度條件下，測量儀器的內(nèi)部電子元件可能會受損。

相對濕度是在給定的溫度和氣壓下，空氣中的水蒸氣含量與可能的最高水蒸氣含量之比。相對濕度通常被忽視，但它是造成 ESD 的重要環(huán)境因素。干燥的空氣在流動時會產(chǎn)生大量的靜電荷。

結(jié)論

強烈建議您掌握并采用本文當(dāng)中介紹的做法，以延長功率計和功率傳感器儀表的使用壽命，減少停機時間和維護成本。保持儀器處于良好狀態(tài)，確保在應(yīng)用中準(zhǔn)確進行功率測量，這樣可以縮短測試時間，提高總吞吐量。

相關(guān)文獻(xiàn) 

內(nèi)容來源：是德科技