檢測幾乎察覺不到的現象和利用新的材料特性是研究中的強大工具，但需要在極低的電流下進行高精度測量。必須降低漏電流以確保有效的結果。三軸電纜允許保護探測，從而可以測量非常小的電流，并且在高級應用中得到更廣泛的應用。

低電流環境下的可靠性

經過驗證，防護探測對于測量皮安及以下范圍內的微小電流是有效的。使用正確的適配器至關重要，以確保在連接到僅提供同軸連接器（如 SMA/SMP 或 BNC）的測量設備時信號完整性。

檢測幾乎察覺不到的現象或利用新的材料特性是尋找解決工業、醫學、家庭生活和其他領域挑戰的解決方案的有力工具。對石墨烯或有機材料等材料進行參數測量，表征精密電子設備或薄膜晶體管等結構，以及創建先進的傳感系統或精密嵌入式儀器，在測量低于1nA并深入皮安甚至飛安領域的電流時，對精度的需求不斷增加。

消除漏電流

在如此低的電流水平下，通過測試探頭周圍的絕緣層泄漏到地面會導致嚴重的測量誤差。正確應用保護探測提供了一種消除泄漏電流的方法，可以對非常小的電流進行高精度測量。它已經廣泛用于半導體晶圓級測試，在后端封裝之前篩選零件和表征芯片。在這種情況下，半導體測試站或晶圓卡盤等專用設備在設計時考慮了防護探測，可在需要時提供適當的三軸連接和饋通件。

隨著防護探測現在在研究實驗室、測試室和其他技術部門中得到越來越普遍的使用，工程師可能會發現自己需要將三軸探頭連接到示波器、皮安表或靜電計等設備上，這些設備可能配備更通用的同軸前面板連接器。必須注意選擇帶有合適連接器和適配器的探頭，并確保它們以正確的方式連接。

保護探測原理

在普通同軸探頭中，當導體處于一定電位并且外部屏蔽接地時，一個小的漏電流可以通過主探頭導體和電纜外部電磁屏蔽之間的絕緣層。如果導體處于100V電位，絕緣電阻為1GΩ，則該電流約為100nA。雖然這可能不會影響毫安甚至微安范圍內的電流測量，但在嘗試以皮安或飛安為單位測量電流時，這種幅度的泄漏會受到強烈干擾。

保護式探測通過將主載流導體（也稱為力）與保護導體包圍，保護導體通過電壓跟隨器或緩沖器以相同電位驅動，從而最大限度地減少泄漏電流，如圖1所示。由于理想情況下力和防護裝置之間沒有電位差，因此沒有漏電流可以流過兩者之間的絕緣層。在實踐中，合適的緩沖器可能能夠跟蹤百萬分之一以內的力電壓。如果像以前一樣，測量信號為100V，而驅動保護為100.000001V，則通過介電層1GΩ隔離的漏電流降至僅1fA，而上例為100nA。

完成三軸電纜組件后，接地的外部EMI屏蔽導體通過絕緣層與防護裝置隔開。雖然防護裝置和屏蔽層之間可以流過小電流，但這是由緩沖電路提供的，因此對測量的電流沒有影響。

圖 1：使用電壓跟隨器以與力相同的電位驅動防護裝置，可防止漏電流在力和防護裝置之間的電介質中流動。

還應考慮電纜絕緣的電容效應。如果測試計劃要求掃描施加的電壓，則該寄生電容將消耗與其幅度和施加電壓的變化率成比例的充電電流（Ic = C dV/dt）。

放慢掃描速率以降低此充電電流會增加整體測試周期時間，這是不可取的。使用驅動防護裝置時，如果緩沖器的響應速度比掃描速率快，則力和防護裝置之間的電壓保持恒定，從而消除充電電流。

連接到測量設備

有幾種方法可以在被測設備和所選測量設備之間連接三軸探頭。

半導體晶圓探頭中的三軸探頭包括一個細尖端，該尖端夾在夾頭中并與三軸電纜的力導體電連接?？梢钥刂铺结槺垡苿拥筋A設的X和Y坐標，例如晶圓測試點。或者，靜態探頭可以集成在設計為固定在晶圓卡盤中的夾具中。

現在，隨著保護式探頭的廣泛采用，靜態或可移動探頭可能會被整合到更多種類的測試夾具中。用于驅動防護裝置的電子設備也必須集成。如果要在屏蔽盒內進行測量，為了盡量減少外部電磁場的影響，可以將探頭帶到盒子邊緣的面板安裝連接器上。

探頭和測試夾具制造商需要各種配置的高質量三軸電纜和連接器，例如電纜安裝連接器或板安裝連接器，例如長號CBJ157系列。CBJ157 為電纜的力、防護和屏蔽導體提供連接，并提供直角或直角配置。然后可以在這些電纜和測量儀器前面板的連接器之間連接三軸電纜。

如果所選儀器是高性能示波器或其他設備（如皮安表），則可以配備非三軸輸入連接，例如 BNC、SMA 或推入式 SMP 同軸連接器。當然，這些類型的連接器并不能提供正確端接三軸電纜所需的所有導體。

使三同軸適應同軸連接

可以創建在探頭端具有三軸連接器的適配器電纜，以及用于直接連接到測量儀器的同軸連接器。主要問題包括如何連接驅動防護裝置，以及對電流測量精度和用戶安全的潛在影響。在同軸連接器端，電纜的外部屏蔽可以直接連接到外部同軸連接，中心力導體連接到內部信號觸點，如圖2所示。然而，這會使驅動防護裝置浮動，這使得這種布置不適合測量極低的電流。

圖2.安全的三同軸到同軸電纜連接，不適合低電流測量。

或者，可以將三軸電纜的護罩連接到外部同軸連接，如圖3所示。但是，為了使這一點可以接受，外部同軸連接必須是隔離的，而不是接地的。此外，如果探測的測試點的電壓高于SELV極限，則外部同軸連接器處于相同的電位，因此被認為對用戶構成危險。因此，如果要使用帶有驅動防護裝置的三軸探頭進行低電流測量，其中電纜連接到儀器的同軸端子，則應使用適當的三同軸到同軸適配器以確保安全性和準確性。

圖 3：使用電壓跟隨器以與力相同的電位驅動防護裝置，可防止漏電流在力和防護裝置之間的電介質中流動。

長號擁有全面的適配器，用于將三軸電纜連接器轉換為同軸電纜，以確保正確端接。

3-0350 隔板安裝三軸轉 SMP 微型推入式適配器是跨越眾多同軸連接器標準（如 SMA、SMP 和 BNC）的系列中的一個示例。

守衛探測的遠方

用于測量皮安和飛安范圍內的電流的防護探測的應用正在從專門的半導體晶圓加工擴展到高科技領域，如先進材料研究。正確端接驅動防護裝置至關重要，必要時使用合適的適配器連接同軸儀器，以確保測量精度和用戶安全。

審核編輯：郭婷