一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统及方法

技术领域

本发明属于宇航半导体器件老炼试验技术领域，涉及一种器件监测系统，特别涉及一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统及方法。

背景技术

由于航天型号的不可维修性，在型号研制过程中必须确保型号所用的元器件质量“零缺陷，万无一失”，元器件作为架构电子设备的基本单元，一个元器件的失效可以使整个系统瘫痪，甚至导致整个发射任务失败，元器件因为材料、设计、生产过程、封装工艺等方面的问题不可避免的会存在一定的缺陷，使产品的可靠性水平不能达到设计要求。缺陷一般分为芯片裂纹、表面粘附粒子、缺铝等用一般的检验和质量控制手段可以发现的显性缺陷和硅片表面沾污、焊接、空洞、芯片与管壳的热匹配不当、器件正离子中心形成的沟道漏电和铝膜的缺陷以及氧化、光刻、扩散中的缺陷等常规检验方法和控制手段无法发现的潜在缺陷。老炼试验可以激活这些潜在缺陷，使器件的潜在缺陷在使用前被发现。老炼试验能暴露造成时间和应力有关失效的缺陷，老炼试验就是电应力(电压或功率)或电-热应力的综合作用，加速元器件内部的物理、化学反应，激活并暴露出一些潜在缺陷，以便剔除早期失效产品和勉强合格的产品，老炼试验是宇航用元器件百分之百要进行的一项非破坏性试验。

现在的集成电路老炼试验都是通过在器件输入端施加相应的激励信号，在常温老炼调试阶段可以检测其输出状态是否正常，器件处于高温箱中进行老炼时只能检测其总电压、总电流，不能检测器件输出状态是否正常，器件输出状态不可控，存在较大质量隐患，直接影响老炼试验的有效性和准确性。面对日益增多的航天型号任务及未来航天发展趋势，宇航用半导体器件老炼试验需要设计一种低成本、高效率可重复使用的器件输出监测系统，在常温和高温等任何测试环境下均可确保在整个老炼试验过程中能够实时监测元器件状态，确保在整个老炼试验过程中元器件处于受控状态，以获取最真实的老炼试验数据。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统及方法，具有低成本，高效率，可重复使用的特点，在常温和高温等任何测试环境下均可确保在整个老炼试验过程中能够实时监测元器件状态，元器件处于受控状态，能够获取最真实的老炼试验数据，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统，包括基准信号模块、监测信号采集模块、信号比较模块、信号转换模块、信号增强模块、显示模块、控制模块、电源模块和系统保护模块；

其中，所述基准信号模块用于产生基准信号，并将产生的基准信号传输给信号比较模块；

所述监测信号采集模块用于对所有被监测元器件的待测信号进行采样，并将采集到的待测信号传输给信号比较模块；

所述信号比较模块用于对输入的基准信号和各待测信号进行比较，根据比较的结果输出对应的比较结果信号；

所述信号转换模块用于将信号比较模块输出的比较结果信号进行低频转换，并通过多控开关将其中符合条件的低频信号输出；

所述信号增强模块用于将信号转换模块输出的符合条件的低频信号进行加工处理，增强其负载驱动能力；

所述显示模块用于将信号增强模块的输出信号采用LED工作状态的形式进行显示，人眼可直接识别出信号的状态；

所述控制模块为整个监测系统提供控制信号，用于控制各模块协调工作，包括完成基准信号产生控制、信号比较器控制、信号频率转换控制、信号增强控制、显示控制、电源分配控制和保护模块控制；

所述电源模块用于为其它各模块提供工作所需的工作电源；

所述系统保护模块用于对系统内各模块工作电压、温度情况进行监控，在模块中的工作电压和温度超过限定时，自动切断对应模块的电源。

第二方面，一种宇航用元器件老炼试验器件监测方法，包括以下步骤：

通过基准信号模块产生基准信号，将基准信号传输给信号比较模块，

通过监测信号采集模块对所有被监测元器件的待测信号进行采样，并将采集到的待测信号传输给信号比较模块；

通过信号比较模块对输入的基准信号和各待测信号进行比较，输出对应的比较结果信号；

通过信号转换模块将信号比较模块输出的比较结果信号进行低频转换，并通过多控开关将其中符合条件的低频信号输出；

通过信号增强模块将信号转换模块中的多控开关输出的符合条件的低频信号进行加工处理，增强其负载驱动能力；

通过显示模块将信号增强模块的输出信号采用LED工作状态的形式进行显示，使人眼可直接识别出信号的状态。

根据本发明提供的一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统及方法，具有以下有益效果：

(1)本发明与现有技术对比，该监测系统及方法中基准信号模块可满足任意基准信号输入要求，进而可实现宽范围如0～15V范围内连续信号采集和监测，具有监测信号范围宽的优点，适用于多类型元器件的监测，通用性强；

(2)本发明与现有技术对比，该监测系统及方法配置有信号转换模块，通过级联可将超高频信号转换为低频信号，具有监测信号频段宽、监测信号频率高的特点；

(3)本发明与现有技术对比，该监测装置能够通过LED发光显示的形式直观表征老炼器件的信号状态；

(4)本发明与现有技术对比，低成本，高效率，可重复使用，在常温和高温等任何测试环境下均可确保在整个老炼试验过程中能够实时监测元器件状态，确保在整个老炼试验过程中元器件处于受控状态，能够获取最真实的老炼试验数据。

附图说明

图1示出宇航用元器件老炼试验器件监测系统模块图；

图2示出基准信号模块电路连接示意图；

图3示出监测信号采集模块电路连接示意图；

图4示出信号比较模块电路连接示意图；

图5示出信号转换模块电路连接示意图；

图6示出信号增强模块电路连接示意图；

图7示出显示模块电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，提供了一种宇航用元器件老炼试验器件监测系统，如图1所示，包括基准信号模块、监测信号采集模块、信号比较模块、信号转换模块、信号增强模块、显示模块、控制模块、电源模块和系统保护模块，

其中，所述基准信号模块用于产生基准信号，并将产生的基准信号传输给信号比较模块；

所述监测信号采集模块用于对所有被监测元器件的待测信号进行采样，并将采集到的待测信号传输给信号比较模块；

所述信号比较模块用于对输入的基准信号和各待测信号进行比较，根据比较的结果输出对应的比较结果信号；

所述信号转换模块用于将信号比较模块输出的比较结果信号进行低频转换，并通过多控开关将其中符合条件的低频信号输出；

所述信号增强模块用于将信号转换模块输出的符合条件的低频信号进行加工处理，增强其负载驱动能力；

所述显示模块用于将信号增强模块的输出信号采用LED工作状态的形式进行显示，人眼可直接识别出信号的状态；

所述控制模块为整个监测系统提供控制信号，用于控制各模块协调工作，包括完成基准信号产生控制、信号比较器控制、信号频率转换控制、信号增强控制、显示控制、电源分配控制和保护模块控制；

所述电源模块用于为其它各模块提供工作所需的工作电源；

所述系统保护模块用于对系统内各模块工作电压、温度情况进行监控，在模块中的工作电压和温度超过限定时，为避免系统过压过流引起的系统工作异常情况，系统保护模块自动切断对应模块的电源，起到保护作用。

在本发明中，所述基准信号模块作用是产生精密基准信号，因只需提供基准信号传输给信号比较模块，不需要驱动负载，因此选择使用基准电压源产生多路基准信号，如使用AD584基准电压源产生2.5V、5.0V、7.5V、10.0V四路基准信号。除基准电压源产生的多路基准信号外，基准信号模块中配置有至少1组如2组分压电阻电路和至少1路备用基准信号输入端口，分压电阻电路可以对基准电压源产生的基准信号进行再次调整，输出可调基准信号；备用基准信号输入端口用于接入任意幅值的电压源，作为基准电压源的补充。该基准信号模块的设计可实现任意基准信号输入要求。设计线路图如图2所示。

基准信号模块中通过设置信号选择开关，对基准信号的来源进行选择，其中信号选择开关可以为继电器或拨码开关。

在本发明中，监测信号采集模块的作用是对所有需要被监测器件的待测信号进行采样，采样后的各待测信号连接至开关组K，通过控制开关组K中各开关的闭合或打开控制对应通道信号是否被采集。优选地，采集后的待测信号传输至信号采集器组，信号采集器组用于对采集到的待测信号进行转接，而不改变信号的任何参数。监测信号采集模块示意图如图3所示。

本发明中，所述信号比较模块的作用是对输入的基准信号和各待测信号(DUT1…DUT n信号)进行分组比较，信号比较模块的核心是电压比较器，电压比较器将输入的待测信号(DUT信号)和基准信号进行分组比较，根据比较的结果输出对应的比较结果信号(Out1…Out n信号)，传输给信号转换模块，信号比较模块示意图如图4所示。

本发明中，所述信号转换模块是将信号比较模块输出的比较结果信号进行低频转换，并通过多控开关将其中符合条件的低频信号输出，传输给信号增强模块。信号转换模块包括频率转换器和多控开关，频率转换器如CD4040将前端对应的电压比较器输出的高频信号转换成多通道异频信号OUT-A～OUT-n，多控开关将多通道异频信号OUT-A～OUT-n中的一路通道频率为20Hz以下的低频信号向信号增强模块传输，信号转换模块示意图如图5所示。

若多通道异频信号OUT-A～OUT-n中信号频率均高于20Hz，通过频率转换器级联的方式进一步实施信号比较模块输出的比较结果信号的低频转换，直至多通道异频信号中存在低于20Hz的低频信号。

若多通道异频信号OUT-A～OUT-n中存在多路频率低于20Hz的低频信号，选择其中频率最小的低频信号作为输出。

本发明中，信号增强模块的作用是将信号转换模块输出的低频信号进行加工处理，增强其负载驱动能力。信号增强模块采用多路并联的信号驱动器如SN74LVC1G126ZU作为驱动芯片，对各路低频信号进行增强，输出的驱动信号传输给后端显示模块，信号增强模块示意图如图6所示。

本发明中，显示模块的作用是将信号增强模块的输出信号采用LED工作状态的形式进行显示，显示模块示意图如图7所示。显示模块包括多路并联的限流保护电阻(如470Ω)和LED显示矩阵组，所述LED显示矩阵组中包括多路并联的发光二极管，增强后的低频信号经限流保护电阻后传输至对应的发光二极管。

监测信号采集模块输入的待测信号为直流信号时，若显示模块为常亮状态，则待测信号对应的元器件正常；若显示模块为其他状态如闪烁或常暗，则待测信号对应的元器件异常。

监测信号采集模块输入的待测信号为交流信号时，若显示模块为亮暗交替变化状态，则待测信号对应的元器件正常；若显示模块为非亮暗交替变化状态如常亮或常暗，则待测信号对应的元器件异常。

本发明中，控制模块包括分别连接各模块的继电器及开关，通过继电器或开关的通断控制各模块协调工作，完成基准信号产生控制、信号比较器控制、信号频率转换控制，信号增强控制、显示控制、电源分配控制和保护模块控制等。

本发明中，保护模块主要包含过压保护部分和过温保护部分，过压保护部分采用反馈式电压监测模块，当模块电压超过系统设置的电压时，过压保护部分会产生过压报警信号，控制模块会收到电压超限的过压报警信号，通过控制继电器切断产生过压部分供电，防止各部分模块因供电电压异常而引起的系统烧毁问题。

过温保护部分类似于过压保护部分，在各模块内关键部位设置有温度监测单元，实时监测温度变化情况，当温度监测单元的温度超过系统设置的温度时，控制模块会收到温度超限的过温报警信号，通过控制继电器切断温度超限模块的供电，防止各部分模块因温度超过限定值而引起的系统烧毁问题。

本发明中，根据系统需求和器件模块选型设计，系统内部配置的电源包括：5.0V、10V、12V、15V、18V电源，向各其他模块供电。

根据本发明的第二方面，提供了一种宇航用元器件老炼试验器件监测方法，包括以下步骤：

通过基准信号模块产生基准信号，将基准信号传输给信号比较模块，

通过监测信号采集模块对所有被监测元器件的待测信号进行采样，并将采集到的待测信号传输给信号比较模块；

通过信号比较模块对输入的基准信号和各待测信号进行比较，输出对应的比较结果信号；

通过信号转换模块将信号比较模块输出的比较结果信号进行低频转换，并通过多控开关将其中符合条件的低频信号输出；

通过信号增强模块将信号转换模块中的多控开关输出的符合条件的低频信号进行加工处理，增强其负载驱动能力；

通过显示模块将信号增强模块的输出信号采用LED工作状态的形式进行显示，使人眼可直接识别出信号的状态。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。