汽車電子測(cè)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(cè)試。這些測(cè)試項(xiàng)目會(huì)用各種類型的儀器設(shè)備，來完成各方面的應(yīng)用測(cè)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(jì)和功率傳感器受損的七項(xiàng)實(shí)踐》

引言

功率計(jì)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(cè)量應(yīng)用。如果操作得當(dāng)，這些儀器就會(huì)非?？煽亢湍陀谩５?，制造商每年都會(huì)收到大量受損的功率傳感器。本文以針對(duì)這些傳感器做出的維修評(píng)估為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹了可以保護(hù)功率計(jì)和功率傳感器并延長(zhǎng)其使用壽命的幾個(gè)最佳實(shí)踐。

實(shí)踐 1：避免超出功率

圖1 所示為使用功率計(jì)和功率傳感器測(cè)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(jì)可以對(duì)照射頻功率電平來測(cè)量的直流或低頻信號(hào)。功率計(jì)將檢測(cè)到的信號(hào)顯示為以dBm或瓦為單位的功率值。

圖 1. 使用功率計(jì)和功率傳感器進(jìn)行功率測(cè)量的基本方法

功率傳感器根據(jù)型號(hào)不同，可能最大可測(cè)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(gè)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(jí)微波電路中通常會(huì)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(jià)格最高的模塊，其單價(jià)大約會(huì)占到同一型號(hào)全新單元價(jià)格的80%（圖2）。隔板內(nèi)部有一個(gè)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(gè)裝有終端電阻和衰減器電阻的薄膜電路盒和一個(gè)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(huì)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(cè)量的信號(hào)的大致信號(hào)電平––確保測(cè)量的功率完全處在功率傳感器的動(dòng)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(shí)踐 2：避免過壓

如果信號(hào)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(huì)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(jì)

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(gè)電容器，用于抑制可能損壞或影響測(cè)量精度的低頻信號(hào)。在直流偏置與射頻信號(hào)共享同一路徑的應(yīng)用中，建議使用隔直流傳感器來進(jìn)行精確的功率測(cè)量。對(duì)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(cè)量較低的頻率。直流耦合傳感器非常適用于計(jì)量應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，可以使用電壓表來測(cè)量傳感器的電壓，以此校準(zhǔn)傳感器并進(jìn)行直接比較。

為防止出現(xiàn)過壓，請(qǐng)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(shí)踐 3：遵循警告提示和技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定

每個(gè)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(cè)量的最低和最高功率電平。此功率電平的范圍稱為動(dòng)態(tài)范圍。標(biāo)簽還指示了功率傳感器可以測(cè)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(cè)量的是峰值功率，那么標(biāo)簽還會(huì)注明視頻帶寬。標(biāo)簽上還會(huì)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(jì)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(shí)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(shí)，最好是選擇與您要測(cè)量的信號(hào)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(jì)之間的兼容情況。

表 2. 功率傳感器與功率計(jì)的兼容性

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

實(shí)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(qǐng)根據(jù)您的應(yīng)用來選擇合適的功率計(jì)。U2000 系列USB 功率傳感器與EPM 系列功率計(jì)類似，二者都只能測(cè)量平均功率。USB 傳感器輕巧便攜，非常容易安裝和維護(hù)。需要標(biāo)準(zhǔn)機(jī)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(jì)，可以測(cè)量峰值功率。它的VBW 為5 MHz，非常適合用于GSM、EDGE 和CDMA 測(cè)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(cè)量。N1918A 功率分析管理軟件是基于Windows 的軟件，它對(duì)某些是德科技儀表的功能進(jìn)行了擴(kuò)展?；A(chǔ)版本可從是德科技網(wǎng)站免費(fèi)下載。

表 3. 適合不同應(yīng)用的功率計(jì)/功率傳感器類型

實(shí)踐 4：保護(hù)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(cè)量?jī)x器連接器時(shí)，這一點(diǎn)尤其有幫助。受損或不合格的連接器可能會(huì)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(jìn)行處理或立即送去維修。不良的連接器會(huì)導(dǎo)致傳輸和反射損耗，在斷開連接或重新連接時(shí)，傳輸和反射損耗可能會(huì)發(fā)生變化，連接還可能變得斷斷續(xù)續(xù)，導(dǎo)致測(cè)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(jìn)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(jìn)行連接時(shí)，兩個(gè)連接器的中心軸應(yīng)對(duì)齊（圖6）。將兩個(gè)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(shí)現(xiàn)。

圖 6. 正確對(duì)齊并連接以防損壞

實(shí)踐 4：保護(hù)射頻連接器和適配器（續(xù)）

進(jìn)行連接（續(xù)）

擰緊時(shí)只能旋轉(zhuǎn)連接器螺母。不要轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)器件。

圖 8. 正確進(jìn)行連接以防損壞傳感器

實(shí)踐 4：保護(hù)射頻連接器和適配器（續(xù)）

斷開連接

斷開連接時(shí)，握住連接器主體，防止晃動(dòng)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(shí)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(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的。

圖 10. 受損的陰頭連接器指桿

實(shí)踐 4：保護(hù)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(jì)上都考慮到了其機(jī)械接口的堅(jiān)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(zhǎng)壽命和良好的信號(hào)性能。扭矩太大會(huì)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(huì)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(cè)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(shí)應(yīng)輕輕握住手柄的末端。在達(dá)到斷裂點(diǎn)時(shí)停止擰緊。

N 型扭矩扳手示例

扭矩扳手在使用時(shí)保持筆直

當(dāng)手柄開始彎曲時(shí)停止

圖 11. 使用 N 型扭矩扳手可防止擰得太緊

實(shí)踐 4：保護(hù)射頻連接器和適配器（續(xù)）

將適配器用作連接器保護(hù)器

使用適配器是保護(hù)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(cè)器件(DUT) 與功率傳感器使用了不同的連接器。即使被測(cè)器件確實(shí)使用同一系列的連接器，使用儀器級(jí)的適配器也可以提供保護(hù)，從而防止損壞，避免昂貴的維修成本。注意：在計(jì)量校準(zhǔn)期間不得使用適配器，否則會(huì)有損高精度。

圖 12. 使用適配器可以保護(hù)連接器

目視檢查

對(duì)連接器進(jìn)行目視檢查非常重要。由于連接器具有非常精密的機(jī)械公差，因此細(xì)微的缺陷、損傷和污垢都會(huì)大大降低可重復(fù)性和精度。在進(jìn)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(jī)械損傷。

螺紋損傷通常會(huì)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(qǐng)棄用或?qū)⑵渌腿ゾS修。對(duì)于松散的金屬顆粒或小纖維之類的碎屑，可使用壓縮空氣或氮?dú)庖?lt; 400 kPa 的低壓將其吹走。

對(duì)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(huì)侵蝕支撐中心導(dǎo)體的塑料介電珠。擦拭時(shí)要徑向動(dòng)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(shí)踐 4：保護(hù)射頻連接器和適配器（續(xù)）

使用量規(guī)

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

圖 13. 連接器量規(guī)可測(cè)量引腳深度

圖 14. 確保測(cè)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(huì)對(duì)引腳產(chǎn)生作用力，導(dǎo)致陰頭和陽頭引腳受損。

處理和儲(chǔ)存

在不用時(shí)，請(qǐng)用制造商提供的保護(hù)端蓋保護(hù)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(chǔ)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(diǎn)末端朝下放置在堅(jiān)硬的表面上。接觸堅(jiān)硬的表面可能會(huì)損壞鍍層和接合面。

實(shí)踐 5：確保正確接地

始終使用功率計(jì)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(shí)，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(huì)為電流提供流動(dòng)路徑。這樣可以保護(hù)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(shí)可以安裝不間斷電源(UPS)。

實(shí)踐 6：采取靜電放電（ESD）預(yù)防措施

人體會(huì)積聚靜電，在放電時(shí)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(huì)造成永久性損傷。功率傳感器標(biāo)簽上的ESD 符號(hào)表示功率傳感器對(duì)靜電極其敏感（圖15）。連接器中心引腳上的靜電放電會(huì)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(duì) ESD 的敏感性

為防止ESD 造成損傷，請(qǐng)確保：––在不使用功率傳感器時(shí)，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(jìn)行功率測(cè)量––只有在沒有靜電的工作場(chǎng)地中，才能進(jìn)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(tái)的一米范圍內(nèi)

實(shí)踐 6：采取靜電放電（ESD）預(yù)防措施（續(xù)）

ESD 保護(hù)設(shè)置

圖16 所示為使用接地墊和腕帶的典型ESD 保護(hù)設(shè)置。

圖 16. 典型的 ESD 保護(hù)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?yàn)榈碗娮钑?huì)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(duì)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(dòng)，讓墊子的各個(gè)部分都具有相同的電荷。當(dāng)墊子接地時(shí)，這些電荷會(huì)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(huì)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(jìn)一步提高靜電環(huán)境的防護(hù)能力。工作人員還應(yīng)當(dāng)穿著防靜電工作服。

實(shí)踐 7：檢查溫度和濕度

必須妥善存放功率計(jì)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(huì)受損。功率傳感器和功率計(jì)應(yīng)當(dāng)保存在清潔、干燥的環(huán)境中。確保設(shè)備機(jī)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(chǔ)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(gè)溫度范圍之外使用器件，則可能會(huì)造成測(cè)量誤差。在極端溫度條件下，測(cè)量?jī)x器的內(nèi)部電子元件可能會(huì)受損。

相對(duì)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(duì)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(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的靜電荷。

結(jié)論

強(qiáng)烈建議您掌握并采用本文當(dāng)中介紹的做法，以延長(zhǎng)功率計(jì)和功率傳感器儀表的使用壽命，減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。保持儀器處于良好狀態(tài)，確保在應(yīng)用中準(zhǔn)確進(jìn)行功率測(cè)量，這樣可以縮短測(cè)試時(shí)間，提高總吞吐量。

相關(guān)文獻(xiàn) 

內(nèi)容來源：是德科技