馬躍，趙昶宇

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軍用電子元器件測(cè)試系統(tǒng)研究

馬躍1，趙昶宇2

（1.海軍駐天津八三五七所軍事代表室，天津 300308；2.天津津航計(jì)算技術(shù)研究所，天津 300308）

軍用電子元器件是軍用電子設(shè)備正常工作必不可少的組成部分。隨著電子設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)軍用電子元器件的測(cè)試精度和可靠性提出了更高的要求，給出了常見軍用元器件的測(cè)試參數(shù)和測(cè)試要求，并介紹了軍用元器件測(cè)試系統(tǒng)中的軟件結(jié)構(gòu)和技術(shù)。

電子元器件；測(cè)試系統(tǒng)；軟件結(jié)構(gòu)；電子產(chǎn)品

在電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，電子元器件作為各種電子產(chǎn)品的最基本元素，其性能與質(zhì)量成為影響整機(jī)性能的重要因素。因此，無(wú)論是元器件的生產(chǎn)廠商，還是電子產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商，都需要測(cè)量?jī)x器來(lái)檢測(cè)并保證其產(chǎn)品的質(zhì)量。為了保證軍用電子元器件的質(zhì)量水平，在國(guó)軍標(biāo)中涉及到了元器件的測(cè)試方法和原理，在一些軍標(biāo)詳細(xì)規(guī)范中提高了對(duì)元器件參數(shù)指標(biāo)的要求，對(duì)質(zhì)量一致性檢驗(yàn)的條件和終點(diǎn)測(cè)試也提出了更高的要求，這樣就相應(yīng)地提高了對(duì)元器件測(cè)試系統(tǒng)的要求。一方面，要求測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法、原理符合軍標(biāo)的要求；另一方面，測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試范圍、精度和穩(wěn)定性也應(yīng)滿足軍標(biāo)詳細(xì)規(guī)范中對(duì)元器件的測(cè)試和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)的要求。

1 軍用電子元器件的測(cè)試參數(shù)

常見的軍用電子元器件有CMOS數(shù)字集成元器件、模擬器件、半導(dǎo)體分立器件、電阻電容、濾波器、熔斷器和電磁繼電器等。不同的元器件其測(cè)試參數(shù)和測(cè)試方法也不相同。

1.1 CMOS數(shù)字集成元器件測(cè)試參數(shù)

CMOS數(shù)字電路的輸入電流和電源電流是測(cè)試的2個(gè)重要參數(shù)。CMOS數(shù)字電路的輸入電流（Input Current），也稱為最大輸入電流（Maximum Input Current），是指器件輸入端施加規(guī)定的高電平電壓VIH（或低電平電壓VIL）時(shí)流入（或流出）器件的電流，常用參數(shù)符號(hào)為II、IIH、IIL等。

電源電流（Supply Current）也稱最大靜態(tài)電源電流（Maximum Quiescent Supply Current）和靜態(tài)器件電流（Quiescent Device Current），是指器件輸入端施加規(guī)定的電平下，經(jīng)電源端流入器件的電流，常用的參數(shù)符號(hào)為IDD、ICC.

1.2 模擬器件測(cè)試參數(shù)

常見的模擬器件主要包括運(yùn)算放大器、電壓比較器、采樣保持器、電壓跟隨器、時(shí)基電路、達(dá)林頓晶體管矩陣、精密電壓基準(zhǔn)和并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)等。

以運(yùn)算放大器和電壓比較器為例，運(yùn)算放大器、電壓比較器的測(cè)試參數(shù)主要有輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、開環(huán)增益、共模抑制比、電源電壓抑制比、輸出電壓、輸出驅(qū)動(dòng)電流、輸出漏電流、電源電流和靜態(tài)功耗等。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3442—86和GB 6798—86參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了運(yùn)算放大器和電壓比較器的測(cè)試方法的基本原理，其主要參數(shù)的基本測(cè)量線路如圖1所示。

圖1 運(yùn)算放大器閉環(huán)參數(shù)測(cè)量原理圖

圖1中，DUT為被測(cè)運(yùn)放，A為輔助運(yùn)放。兩級(jí)運(yùn)放構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，其閉環(huán)增益由輸入電阻RI和反饋電阻RF的比例決定。為了得到足夠的增益，通常選用500倍或1 000倍。器件測(cè)試程控電源V+和V－分別向被測(cè)運(yùn)放提供所需的正、負(fù)電源電壓，被測(cè)運(yùn)放的輸出端電壓可由外接偏置電壓源V通過(guò)電阻R1和R2進(jìn)行控制，以獲得測(cè)試所需的VO值。輔助運(yùn)放的輸出端可測(cè)得所需的VE值。電阻RS用于被測(cè)運(yùn)放輸入偏置電流的采樣。

1.3 半導(dǎo)體分立器件測(cè)試參數(shù)

常見半導(dǎo)體分立器件主要包括二極管、三極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅和光電耦合器等。

在對(duì)上述這些器件進(jìn)行參數(shù)測(cè)試時(shí)，需要先使被測(cè)試器件滿足參數(shù)測(cè)試規(guī)定的測(cè)試條件（即進(jìn)入規(guī)定的工作點(diǎn)），同時(shí)，也要滿足規(guī)定的測(cè)試環(huán)境溫度，這樣所測(cè)的數(shù)據(jù)才有實(shí)際的意義。為了避免芯片溫升造成的測(cè)試誤差，對(duì)半導(dǎo)體分立器件的測(cè)試通常采用脈沖法測(cè)試。

國(guó)軍標(biāo)GJB 128—86中，脈沖法測(cè)試的推薦條件為脈沖寬度250～350 μs，占空比為小于等于2%.之所以有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)規(guī)范中對(duì)VCE sat、VBE sat和HFE 等參數(shù)規(guī)定采用脈沖法測(cè)試，是因?yàn)閷?duì)上述參數(shù)進(jìn)行直流法測(cè)試時(shí)，器件會(huì)承受較大的耗散功率，進(jìn)而造成器件芯片升溫，影響測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性，測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至?xí)斐善骷膿p傷和損壞。

在不同的測(cè)試系統(tǒng)中采用了不同的方法實(shí)現(xiàn)脈沖測(cè)試，常見的有硬件閉環(huán)法和軟件閉環(huán)法兩種。硬件閉環(huán)法的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在數(shù)百微秒的時(shí)間內(nèi)使被測(cè)器件穩(wěn)定到規(guī)定的工作點(diǎn)，并精確地采集數(shù)據(jù)。但是這種方法要求測(cè)試系統(tǒng)的電壓源和電流源具有良好的快速響應(yīng)性能，同時(shí)，在與各種被測(cè)器件構(gòu)成閉環(huán)時(shí)，系統(tǒng)不能產(chǎn)生寄生振蕩，這對(duì)分立器件硬件測(cè)試系統(tǒng)提出了非常高的要求。而測(cè)試系統(tǒng)的電壓源和電流源具有快速響應(yīng)性能，且寄生振蕩對(duì)軟件閉環(huán)法的影響不大，但軟件閉環(huán)法的致命缺點(diǎn)是測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，這樣會(huì)導(dǎo)致被測(cè)器件發(fā)熱甚至損壞。

1.4 電磁繼電器測(cè)試參數(shù)

電磁繼電器最主要的2個(gè)測(cè)試參數(shù)是觸點(diǎn)接觸電阻和觸點(diǎn)回跳時(shí)間。觸點(diǎn)接觸電阻在一定程度上反映了電磁繼電器的觸點(diǎn)可靠性，國(guó)軍標(biāo)規(guī)定了對(duì)觸點(diǎn)的測(cè)試電流不得超過(guò)10 mA。由于接觸電阻很?。ê翚W量級(jí)），觸點(diǎn)上壓降只有微伏量級(jí)，這樣可以避免破壞觸點(diǎn)的原始狀態(tài)。為了能夠精確地測(cè)量觸點(diǎn)接觸電阻阻值，而不是系統(tǒng)其他部分的附加電阻，根據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB 360A—96的要求，采用開爾文電橋四端測(cè)試法，直至被測(cè)繼電器引腳，同時(shí)，為各種電磁繼電器制作開爾文四端專用測(cè)試適配器，采用高性能運(yùn)算放大器放大微伏級(jí)的觸點(diǎn)壓降，從而穩(wěn)定、真實(shí)地測(cè)試電磁繼電器的觸點(diǎn)接觸電阻。

國(guó)軍標(biāo)GJB 1042—90、GJB 65A—91對(duì)觸點(diǎn)回跳作了明確定義，即脈沖寬度大于或等于開路電壓的90%，且脈沖寬度大于或等于10 μs。由于對(duì)每一次回跳均需要判斷其脈沖的幅度和寬度，并累計(jì)自第一次回跳開始的觸點(diǎn)回跳時(shí)間，這對(duì)電磁繼電器測(cè)試系統(tǒng)而言是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。傳統(tǒng)的方法是用記憶示波器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但該方法很難保證測(cè)試的精度，也難以實(shí)現(xiàn)多組觸點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。為了滿足測(cè)量精度的要求，對(duì)閉合電壓和斷開電壓的采集需要使用2種不同量度的電壓隔離模塊。如果有6臺(tái)試品同時(shí)試驗(yàn)，每臺(tái)試品有2路觸點(diǎn)電壓、1路負(fù)載電流，則測(cè)試系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)18路觸點(diǎn)檢測(cè)回路，可同時(shí)監(jiān)測(cè)6組觸點(diǎn)電磁繼電器的所有時(shí)間參數(shù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

軍用電子元器件測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)是測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)之外影響測(cè)試系統(tǒng)性能的另一個(gè)重要因素，在相同的硬件條件下，好的軟件系統(tǒng)將為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)更好的性能、操作性和可擴(kuò)充性，可以成倍地提高編程效率。

軍用電子元器件測(cè)試系統(tǒng)采用兩級(jí)分布式軟件系統(tǒng)，在兩級(jí)分布式硬件系統(tǒng)中的上、下位機(jī)分別有1個(gè)獨(dú)立的軟件層面，控制各自的CPU完成獨(dú)立的功能。上位機(jī)軟件主要完成與用戶的交互，比如進(jìn)行器件的品種編程，生成下位機(jī)所需要的測(cè)試代碼，設(shè)置和修改對(duì)器件測(cè)試的管理要求，管理測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示、存盤、打印等。下位機(jī)軟件接收上位機(jī)軟件生成的測(cè)試代碼，對(duì)其進(jìn)行解釋和控制下位機(jī)各硬件模塊完成器件測(cè)試的具體過(guò)程。下位機(jī)可隨時(shí)接收和執(zhí)行上位機(jī)的指令，也可以在脫機(jī)工作方式下獨(dú)立完成器件的測(cè)試。

采用兩級(jí)分布式的體系結(jié)構(gòu)，使得上、下位機(jī)兩個(gè)層面的軟件系統(tǒng)分工更加明確，兩級(jí)系統(tǒng)各自發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，并可以獨(dú)立開發(fā)與升級(jí)，互不牽制。比如，我們可以在下位機(jī)軟件不修改的情況下，對(duì)上位機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)，當(dāng)下位機(jī)的硬件模塊進(jìn)行升級(jí)時(shí)，只需要改寫下位機(jī)中該硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序，而與上位機(jī)軟件系統(tǒng)無(wú)關(guān)。采用兩級(jí)分布式的軟件結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了產(chǎn)品的可擴(kuò)充性和可移植性，還可以將計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的新技術(shù)（漢字技術(shù)、圖形界面、多媒體技術(shù)等）不斷融入產(chǎn)品之中，大大增強(qiáng)產(chǎn)品的生命力。

軍用電子元器件測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軍用電子元器件測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

2.1 下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)的核心是控制管理系統(tǒng)和專用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)將具有獨(dú)立功能的硬件（A/D、D/A、程控電源、測(cè)量單元等）和軟件功能（通信管理、變量運(yùn)算等）定義為設(shè)備，并為每一項(xiàng)設(shè)備功能編制相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序具有統(tǒng)一、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)用格式，在此情況下，上位機(jī)只需要選擇相應(yīng)的設(shè)備號(hào)、功能號(hào)及入口參數(shù)，使用一種語(yǔ)句格式即可調(diào)用系統(tǒng)所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

2.2 參數(shù)描述文件

在系列化電子元器件測(cè)試系統(tǒng)中，每一臺(tái)單機(jī)針對(duì)不同的元器件類別，每一類元器件又有各自一套不同的測(cè)試參數(shù)，參數(shù)描述文件將測(cè)試參數(shù)的特征提取出來(lái)，形成獨(dú)立的上位機(jī)外部數(shù)據(jù)文件，其內(nèi)容主要包含測(cè)試參數(shù)的名稱、單位，測(cè)試條件的名稱、單位，數(shù)據(jù)處理方式的定義，數(shù)據(jù)顯示格式的定義等。這些內(nèi)容不論在用戶編制器件測(cè)試程序的過(guò)程中，還是在進(jìn)行器件測(cè)試的過(guò)程中都起著重要的作用。

2.3 參數(shù)子程

參數(shù)描述文件描述了參數(shù)自身的特征，但為了完成器件參數(shù)的測(cè)試，還需要程序來(lái)描述參數(shù)測(cè)試的過(guò)程，比如如何調(diào)動(dòng)各種測(cè)試系統(tǒng)的硬件協(xié)同、有序地完成參數(shù)的測(cè)試。

方案一是將測(cè)試的流程固化于下位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)用戶的條件產(chǎn)出控制參數(shù)表，并將這張參數(shù)表傳送給下位機(jī)。當(dāng)下位機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要的一些控制數(shù)據(jù)（測(cè)試條件中的電流、電壓、量程值）從參數(shù)表中讀取，以滿足用戶指定的條件。這種方法是可行的，缺點(diǎn)是用戶不能夠控制測(cè)試程序的執(zhí)行流程，靈活性不強(qiáng)，且必須修改下位機(jī)控制軟件，這不利于系統(tǒng)軟件的升級(jí)。

方案二就是在上位機(jī)中采用參數(shù)子程，采用專用測(cè)試語(yǔ)言編制的以測(cè)試參數(shù)為單位的參數(shù)子程。參數(shù)子程以設(shè)備調(diào)用語(yǔ)句為主，配合部分流程控制語(yǔ)句，可控制測(cè)試系統(tǒng)硬件完成參數(shù)測(cè)試的全過(guò)程。

參數(shù)子程在編制系統(tǒng)軟件時(shí)，一次編成并經(jīng)編譯系統(tǒng)編譯成目標(biāo)代碼，不同的測(cè)試條件、合格判據(jù)下，只需要修改參數(shù)子程的入口參數(shù)或所用變量值，不必修改參數(shù)子程本身。

2.4 器件測(cè)試代碼

器件測(cè)試代碼主要由參數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)、參數(shù)測(cè)試變量、參數(shù)測(cè)試子程和編程原始數(shù)據(jù)組成。參數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)記錄了用戶編程中所選擇的測(cè)試參數(shù)及每一參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。參數(shù)測(cè)試變量記錄了由用戶編程中輸入的合格判據(jù)和測(cè)試條件經(jīng)編譯處理后得到的值，供參數(shù)測(cè)試子程所用。參數(shù)測(cè)試子程是源代碼經(jīng)編譯后的目標(biāo)代碼格式，包含了系統(tǒng)能測(cè)試的所有參數(shù)。編程原始數(shù)據(jù)則記錄了用戶編程過(guò)程中輸入的全部原始數(shù)據(jù)，用于程序日后的修改。

3 結(jié)束語(yǔ)

軍用元器件測(cè)試系統(tǒng)是檢測(cè)和提高軍用元器件可靠性的有力工具，該系統(tǒng)具有較高的測(cè)試精度和良好的穩(wěn)定性，在微弱信號(hào)檢測(cè)、脈沖測(cè)試以及抗干擾等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，整套系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、電子、半導(dǎo)體、核工業(yè)等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，起到了良好的效果。

［1］李志華，李超.一種控制繼電器可靠性試驗(yàn)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2005（11）：254-256.

［2］周衛(wèi)兵.固態(tài)繼電器的特點(diǎn)及應(yīng)用［J］.山西電子技術(shù)，2010（01）：90-92.

2095－6835（2018）20－0012－03

TJ03

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.012

馬躍（1992—），女，本科，助理工程師，主要從事裝備質(zhì)量監(jiān)督方面的研究。趙昶宇（1982—），男，陜西漢中人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，主要從事嵌入式系統(tǒng)軟件測(cè)試方面的研究。

〔編輯：張思楠〕