CN112698121A - 低频噪声测试***和可靠性测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子元器件的可靠性评估技术领域，公开了一种低频噪声测试***和可靠性测试方法，包括偏置电路，偏置电路中连接有被测器件，用于对被测器件进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据；分析设备，与偏置电路相连接，用于根据时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，并根据分析结果对被测器件进行可靠性评估。由于低频噪声是表征器件质量和可靠性的敏感参数，因而通过测试分析被测器件的低频噪声特性，即可对被测器件的器件可靠性进行评估。低频噪声测试条件与被测器件的电参数测试条件类似，因而对器件无破坏性，同时测试速度快、测试时间短。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件的可靠性评估技术领域，特别是涉及一种低频噪声测试***和可靠性测试方法。
背景技术
随着光电耦合器件的快速发展和广泛应用，人们对于光电耦合器件的可靠性要求也不断提高，因此对可靠性评估技术提出了更高的要求。传统的基于电性能参数测试和环境试验、寿命试验的可靠性评估方法，所需时间长、成本高，同时由于抽样统计的方法，难以对所有器件进行100％全检。另外，也可能会对电子元器件造成一定程度的损伤，使电子元器件产生新的潜在缺陷。结合电子元器件失效规律，早期失效多是器件设计或工艺造成的质量缺陷引起的，可以通过电性能测试和老炼筛选进行检测，而使用期的失效多是测试、运输、存储、工作等产生的潜在缺陷引起的，在器件正常工作应力条件下，难以通过常规电性能参数测试进行检测。在工程实践中如何对大批量光电耦合器件的可靠性进行快速无损评估成为行业的迫切需求。
发明内容
基于此，有必要针对如何对光电耦合器件的可靠性进行无损评估的问题，提供一种低频噪声测试***和可靠性测试方法。
一种低频噪声测试***，包括偏置电路，所述偏置电路中连接有被测器件，用于对所述被测器件进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据；分析设备，与所述偏置电路相连接，用于根据所述时域噪声数据和所述频域噪声数据进行数据处理及统计分析，并根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估。
上述低频噪声测试***，通过偏置电路对被测器件提供偏置电压和偏置电流，对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试。通过噪声电压时间序列测试获取时域噪声数据，通过噪声电压功率谱密度测试获取频域噪声数据。分析设备对时域噪声数据和频域噪声数据进行实时采集，并将其转换为数字信号，进而对时域噪声数据和频域噪声数据进行统计分析，并根据统计分析结果对被测器件进行可靠性评估。由于低频噪声是表征器件质量和可靠性的敏感参数，因而通过测试分析被测器件的低频噪声特性，即可对被测器件的器件可靠性进行评估。低频噪声测试条件与被测器件的电参数测试条件类似，因而对器件无破坏性，同时测试速度快，测试时间短。相对于传统的长时间的可靠性试验评估方法，利用低频噪声进行具有灵敏、快速和无破坏性等突出优点的可靠性评估测试。
在其中一个实施例中，所述偏置电路中还包括低噪声电源，与所述被测器件相连接，用于向所述被测器件提供低噪声电源偏置。
在其中一个实施例中，所述低频噪声测试***还包括前置放大器，与所述被测器件相连接，用于对所述被测器件输出的低频噪声信号进行放大处理；屏蔽装置，用于屏蔽外界干扰，所述偏置电路、所述前置放大器和所述分析设备均设置于所述屏蔽装置中。
一种可靠性测试方法，应用于低频噪声测试***，包括对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据；根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析；根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估。
在其中一个实施例中，所述低频噪声测试***包括偏置电路和前置放大器，所述偏置电路中还包括低噪声电源，在所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据之前，还包括对所述被测器件进行编号；按编号顺序将所述被测器件接入所述偏置电路中，调节所述低噪声电源的电流输出和电压输出，使所述被测器件工作在预设的输入电流和输出电压；调节所述前置放大器的带宽和增益，使所述前置放大器的输出信号在预设范围内。
在其中一个实施例中，所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据，包括保持所述低噪声电源的电流输出和电压输出，设置预设采集时间对所述被测器件的时域噪声数据进行采集并保存，以获取时域噪声数据。
在其中一个实施例中，所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据，包括保持所述低噪声电源的电压输出进而电流输出，设置预设采样率、预设频谱分辨力和预设测试平均次数来对所述被测器件的频域噪声数据进行采集并保存，以获取频域噪声数据。
在其中一个实施例中，所述时域噪声数据包括噪声电压有效值和噪声电压峰值。
在其中一个实施例中，所述根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，包括绘制所述被测器件的噪声电压时间序列波形，根据所述噪声电压时间序列波形判断是否存在爆裂噪声；根据所述噪声电压有效值和所述噪声电压峰值，构建时域噪声电压的可靠性评估参数集合；根据所述频域噪声数据计算获取预设倍频范围的宽带噪声电压数据集合，并计算所述宽带噪声电压的平均值和均方差。
在其中一个实施例中，所述根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估，包括基于对爆裂噪声、时域噪声电压和宽带噪声电压的分析结果，对所述被测器件进行可靠性评估。
附图说明
图1为本发明其中一实施例中的低频噪声测试***的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中的低频噪声测试***的结构示意图；
图3为本发明其中一实施例中的偏置电路的电路拓扑图；
图4为本发明其中一实施例中的可靠性测试方法的方法流程图；
图5为本发明其中一实施例中的测试前期准备工作的方法流程图；
图6为本发明其中一实施例中的光电耦合器件的噪声电压时间序列波形；
图7为本发明其中一实施例中的光电耦合器件的噪声电压功率谱密度图；
图8为本发明其中一实施例中的根据被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析的方法流程图；
图9为本发明其中一实施例中的噪声电压时间序列波形中出现明显爆裂噪声的典型波形图；
图10为本发明其中一实施例中的基于频域宽带噪声统计判据的可靠性评估结果分布图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
光电耦合器件是将发光器件和光敏器件以及信号处理电路封装在同一壳体内，可以实现“电信号—光信号—电信号”转换的器件。由于内部发光器件与光敏器件相对独立以及信号传输的单向性，光电耦合器件的输入端和输出端相互隔离，具有良好的抗干扰性能，同时光电耦合器件的光电转换速度快、体积小、性能稳定可靠。因而光电耦合器件大量应用在军用和民用领域的各类电子***和整机中，如通讯设备、计算机、控制***等。随着光电耦合器件的广泛应用，其可靠性要求也不断提高，对可靠性评估技术提出了更高的要求。
根据对光电耦合器件低频噪声与器件可靠性的相关性研究表明，低频噪声是表征器件质量和可靠性的敏感参数，主要分量有1/f噪声、G-R噪声等。1/f噪声主要反映器件的表面缺陷，如表面晶格缺陷、表面氧化层缺陷。G-R噪声反映器件PN结缺陷，如晶格位错、重金属杂质等，当器件PN结存在某些集中缺陷时，会产生爆裂噪声。因而通过测试分析光电耦合器件的低频噪声特性，就可对器件可靠性进行评估。低频噪声测试条件与器件电参数测试条件类似，因而对器件无破坏性，同时测试速度快，测试时间短。由于光电耦合器件的低频噪声来源于内部载流子随机运动引起的电压或电流涨落，噪声测试属于微弱信号测试，测试难度高、准确性差，需要同时表征低频特性的参数多种多样，包括时域特性和频域特性。
由于低频噪声测试属于微弱信号测试，因此利用对光电耦合器件低频噪声进行可靠性评估时，首先需要全面地测试光电耦合器件的低频噪声特性。针对超低频微弱噪声信号测试要求，本发明构建了一种一体化的用于对光电耦合器件的低频噪声特性进行测试的低频噪声测试***。
图1为本发明其中一实施例中的低频噪声测试***的结构示意图，在其中一个实施例中，所述低频噪声测试***包括偏置电路100和分析设备200。被测器件10连接于偏置电路100中，偏置电路100用于向被测器件提供其工作所需的偏置电压、偏置电流，并对被测器件10进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取被测器件10的时域噪声数据和频域噪声数据。被测器件10在偏置电路100中，在偏置电压、偏置电流的作用下，输出低频噪声信号，通过噪声电压时间序列测试对被测器件10时域的低频噪声信号进行采集以获取时域噪声数据，通过噪声电压功率谱密度测试对被测器件10频域的低频噪声信号进行采集以获取频域噪声数据。
分析设备200，与所述偏置电路10相连接，用于根据时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，并根据分析结果对被测器件10进行可靠性评估。分析设备200通过测试软件控制实现对时域噪声数据和频域噪声数据的高速实时采集，并通过模数转换将其转换为数字信号。分析设备200还能对时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理获取被测器件10的时域特性和频谱特性，从而进一步得到被测器件各类噪声性能参数，并保存测试的数据和图像。根据测试的数据和图像进行数理统计分析，分析设备200根据分析结果对被测器件10的可靠性进行评估。
由于低频噪声是表征器件质量和可靠性的敏感参数，因而通过测试分析被测器件的低频噪声特性，即可对被测器件的器件可靠性进行评估。同时，对被测器件进行低频噪声测试所需的测试条件与被测器件的电参数测试的测试条件类似，因而对器件无破坏性，同时测试速度快，测试时间短。相对于传统的长时间的可靠性试验评估方法，利用低频噪声对被测器件进行可靠性评估测试，具有灵敏、快速和无破坏等优点。
在其中一个实施例中，偏置电路100中还包括低噪声电源110，与被测器件10相连接，用于向被测器件10提供低噪声电源偏置。低噪声电源110为一种用于向被测的光电耦合器件提供满足其低噪声要求和偏置条件要求的直流电源。本实施例中使用的低噪声电源110为一种可调节的低噪声电源，采用基于线性稳压电源的多级滤波加多级预稳压的方法实现。在本实施例中的低噪声电源110中，首先将线性稳压电源的噪声控制到μV级别，再将其输出到适配器中进行后级滤波。其中，后级滤波可以采用有源滤波和无源滤波的方法进行实现。然后，采用超低噪声、低温度漂移的电压基准源作为低噪声电源110输出电压的输出参考，同时以运算放大器作为误差放大器，并设计数字控制反馈功能，来进一步降低电压的噪声水平。本发明提供的可调节的低噪声电源110，在保证降低本发明的低频噪声测试***自身噪声的同时，解决了现有常规测试***中电池供电的电压难以灵活调节的问题。
图2为本发明另一实施例中的低频噪声测试***的结构示意图，在其中一个实施例中，所述低频噪声测试***还包括前置放大器300。前置放大器300与被测器件10相连接，用于实现对微弱噪声信号的放大。前置放大器300应具有足够的增益和带宽，增益误差在±1％内。
在其中一个实施例中，在实际应用中，偏置电路100的电路设计因光电耦合器件的器件类型及封装而不同。在本实施例中，以对晶体管输出型光电耦合器件进行低频噪声测试为例，其偏置电路100如图3所示。图3为本发明其中一实施例中的偏置电路的电路拓扑图，在本实施例的偏置电路中包括两个低噪声电源A和B、一个负载电阻RL、一个限流电阻RF和一个被测光电耦合器件10。低噪声电源B与被测器件10的输入端相连接，低噪声电源A与被测器件10的输出端相连接，被测器件10的输出端还与低噪声的前置放大器300的输入端相连接。前置放大器300的+/-分别为前置放大器300的正极输入端/负极输入端。负载电阻RL串联在低噪声电源B的正极输出端与被测器件10的正极输入端之间，限流电阻RF串联在低噪声电源A的正极输出端与被测器件10的正极输出端之间。在进行低频噪声测试时，偏置电路100中的低噪声电源B为被测器件10的输入端提供偏置电流，低噪声电源A为被测器件10的输出端提供偏置电压。低噪声的前置放大器300可对被测器件10输出的低频噪声进行放大。
在其中一个实施例中，所述低频噪声测试***还包括屏蔽装置400，用于屏蔽外界干扰，所述偏置电路100、分析设备200和前置放大器300均设置于所述屏蔽装置400中。由于本发明需要针对光电耦合器件的低频噪声信号进行测试，然而测试时低频噪声测试***会存在外部干扰以及内部组件之间相互干扰等问题。因此，在本实施例中对低频噪声测试***设置了一个一体化的屏蔽装置400，以实现对整个测试***可能受到的干扰进行屏蔽，减少外部干扰对测试结果的影响(外部干扰包括但不限于工频50Hz及其倍频干扰、光辐射干扰等)。
另外，为了对屏蔽装置400的内部进行优化布局以进一步减少内部组件之间的相互干扰，在屏蔽装置400中设置多个不同的腔体，将不同的组件设置于不同的腔体中。对信号强度最微弱的信号所对应的组件进行重点保护，同时将噪声较大的部件和微弱的信号组件隔离开来。在对噪声大的部件与信号微弱的组件进行连接时，需要采用光电隔离或者专门带屏蔽的连接方式进行对接，以抑制低频噪声测试***中的偏置电路100、低噪声电源110和前置放大器300的电磁干扰。通过设置上述屏蔽装置400，可保证
本发明还提供了一种可靠性测试方法，图4为本发明其中一实施例中的可靠性测试方法的方法流程图，在其中一个实施例中，所述可靠性测试方法包括如下步骤S100至S300。
S100：对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据。
S200：根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析。
S300：根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估。
具体地，根据超低频微弱噪声信号测试要求，搭建起如上述任一项实施例中所述的低频噪声测试***，使用低频噪声测试***对被测器件10进行低频噪声测试。对被测器件10进行噪声电压时间序列测试以获取被测器件10的时域噪声数据，对被测器件10进行噪声电压功率谱密度测试以获取被测器件10的频域噪声数据。利用低频噪声测试***中的分析设备200对时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，并根据分析结果对被测器件10进行可靠性评估。
由于低频噪声是表征器件质量和可靠性的敏感参数，因而通过测试分析被测器件的低频噪声特性，即可对被测器件的器件可靠性进行评估。同时，对被测器件进行低频噪声测试所需的测试条件与被测器件的电参数测试的测试条件类似，因而对器件无破坏性，同时测试速度快，测试时间短。相对于传统的长时间的可靠性试验评估方法，本发明提供的可靠性测试方法利用低频噪声对被测器件进行可靠性评估测试，具有灵敏、快速和无破坏等优点。
低频噪声测试***中包括偏置电路100和前置放大器300，偏置电路100中还包括低噪声电源110。在所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据之前，还包括低频噪声测试的前置准备工作。图5为本发明其中一实施例中的测试前期准备工作的方法流程图，在其中一个实施例中，所述测试前期准备工作包括如下步骤S400至S600。
S400：对所述被测器件进行编号。
S500：按编号顺序将所述被测器件接入所述偏置电路中，调节所述低噪声电源的电流输出和电压输出，使所述被测器件工作在预设的输入电流和输出电压。
S600：调节所述前置放大器的带宽和增益，使所述前置放大器的输出信号在预设范围内。
首先，需要根据对批量光电耦合器件进行可靠性评估的需求，将待测试样品从1号光电耦合器件编号到N号光电耦合器件。N为被测样品的总数量，根据实际需要进行测试的光电耦合器件的数量取值。对所有待测的光电耦合器件完成编号后，按编号顺序将被测器件接入偏置电路100中，对偏置电路100中的低噪声电源110进行调节，直至调节至被测器件10工作在预设的输入电流和输出电压状态。另外，还需要对前置放大器300的带宽和增益进行调节，使前置放大器300的输出信号在预设范围内。在本实施例中，所述预设范围为数据采集分析设备的量程。前置放大器300应具有足够的增益和带宽，增益误差在±1％内，足够将低频噪声信号放大至能够被数据采集分析设备测量到的信号大小，使数据采集分析设备能够对被测器件的低频噪声信号进行进一步的处理与分析。
在其中一个实施例中，一般情况下在对批量光电耦合器件进行低频噪声测试前，还需要对背景噪声进行测试，在对光电耦合器件的噪声特性数据分析时剔除测得的背景噪声。在本实施例中，通过对大量的光电耦合器件进行测试后发现，本发明构建的低频噪声测试***中的背景噪声与被测器件10本身的噪声特性相比，低了三个量级以上。因此，在使用本发明构建的低频噪声测试***对光电耦合器件进行噪声测试一般可以忽略背景噪声。
在其中一个实施例中，完成低频噪声测试的前置准备工作后，保持低噪声电源110的电流输出和电压输出以及前置放大器300的带宽和增益，使被测器件10持续工作在预设的输入电流和输出电压状态。对低频噪声测试***的数据采集分析设备进行设置，将采集时间设置为预设采集时间，并对被测器件10进行噪声电压时间序列测试以获取被测器件的时域噪声数据。在本实施例中，为了保证低频噪声测试的测试效果，将采集时间设置为不少于32s。最后，对噪声电压时间序列测试中所得的被测器件10的频域噪声数据进行保存。
在其中一个实施例中，时域噪声数据包括噪声电压有效值和噪声电压峰值。图6为本发明其中一实施例中的光电耦合器件的噪声电压时间序列波形。图6所示的波形为对被测器件10进行噪声电压时间序列测试时一种较为典型的测试结果。
在其中一个实施例中，同样地，完成低频噪声测试的前置准备工作后，仍然需要保持低噪声电源110的电流输出和电压输出以及前置放大器300的带宽和增益，使被测器件10持续工作在预设的输入电流和输出电压状态。对低频噪声测试***的数据采集分析设备进行设置，分别对数据采集分析设备的采样率、频谱分辨力和测试平均次数进行设置，分别设置为预设采样率、预设频谱分辨力和预设测试平均次数。低频噪声测量的测量准确度与测试平均次数有关，测试平均次数每增大4倍，测量准确度就能提高1倍。在实际试验中，衡量测试精度和时间成本的需求，选用不同的测试平均次数。在本实施例中，将测试平均次数选定为32次。对被测器件10进行噪声电压功率谱密度测试，以获取被测器件10的频域噪声数据，并对噪声电压功率谱密度测试数据进行保存。图7为本发明其中一实施例中的光电耦合器件的噪声电压功率谱密度图，图7所示的波形为对被测器件10进行噪声电压功率谱密度测试时一种较为典型的测试结果。
图8为本发明其中一实施例中的对被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析的方法流程图，在其中一个实施例中，所述根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，包括如下步骤S210至S230。
S210：绘制所述被测器件的噪声电压时间序列波形，根据所述噪声电压时间序列波形判断是否存在爆裂噪声。
S220：根据所述噪声电压有效值和所述噪声电压峰值，构建时域噪声电压的可靠性评估参数集合。
S230：根据所述频域噪声数据计算获取预设倍频范围的宽带噪声电压数据集合，并计算所述宽带噪声电压的平均值和均方差。
根据对批量光电耦合器件样品的低频噪声测试中获取的时域噪声数据和频域噪声数据，需要分别进行如下的数据处理及统计分析。
根据时域噪声数据和频域噪声数据获取被测器件10的噪声电压时间序列波形，对被测器件10的噪声电压时间序列波形进行观察分析。若所述噪声电压时间序列波形中具有脉冲状波形，其幅度大于正常的噪声波形幅度的2倍以上，且有连续出现的情况，则判定该被测器件10存在明显的爆裂噪声，如图9所示。图9为本发明其中一实施例中的噪声电压时间序列波形中出现明显爆裂噪声的典型波形图。
对被测器件10的噪声电压测试数据进行分析，根据时域噪声数据中的噪声电压有效值En(RMS)和噪声电压峰值En(p-p)，计算获取时域噪声电压的可靠性评估参数Φ，从而获得被测器件10的时域噪声数据的可靠性评估参数集合{Φ(i)}(i＝1,2,…N)，其中N为被测样品的总数量。可靠性评估参数Φ的计算公式如下：
式中，Φ为可靠性评估参数，En(p-p)为被测器件10的噪声电压峰值，En(RMS)为被测器件10的噪声电压有效值。
在对被测器件10的频域噪声数据进行处理时，将被测器件10的频域噪声数据代入3Hz-30Hz十倍频范围的宽带噪声电压Vwidenoise的计算公式，计算获取时域噪声电压的可靠性评估参数集合，即，被测器件10的十倍频宽带噪声电压数据集合{Vwidenoise(i)}(i＝1,2,…N)，其中N为被测样品的总数量。3Hz-30Hz十倍频范围的宽带噪声电压Vwidenoise的计算公式为：
式中，Vwidenoise为十倍频宽带噪声电压，f1和f2分别为十倍频范围的下限频率值和上限频率值，即3Hz和30Hz。
根据试验中获取的频域噪声数据计算获得被测器件10的十倍频宽带噪声电压数据集合{Vwidenoise(i)}(i＝1,2,…N)后，对宽带噪声电压数据集合的平均值和均方差进行计算。宽带噪声电压数据集合的平均值计算公式为：
式中，
为宽带噪声电压数据集合的平均值，Vwidenoise(i)(i＝1,2,…N)为十倍频宽带噪声电压数据集合，N为被测样品的总数量。
宽带噪声电压数据集合的均方差计算公式为：
式中，σ为宽带噪声电压数据集合的均方差，Vwidenoise(i)(i＝1,2,…N)为十倍频宽带噪声电压数据集合，
为宽带噪声电压数据集合的平均值，N为被测样品的总数量。
在其中一个实施例中，所述根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估，包括基于对爆裂噪声、时域噪声电压和宽带噪声电压的分析结果，对所述被测器件进行可靠性评估。针对根据时域噪声数据和频域噪声进行数据处理及统计分析所得的分析结果，按照以下方法进行可靠性评估。
(1)基于爆裂噪声对被测器件10进行可靠性评估
当光电耦合器件出现爆裂噪声时，表明该光电耦合器件的内部存在严重缺陷。不仅会影响该光电耦合器件的可靠性，也会直接影响其性能。因此需要根据爆裂噪声的情况，对出现爆裂噪声的光电耦合器件进行可靠性评估，评估标准如下：
III级样品：当光电耦合器件出现明显的爆裂噪声时，该器件可靠性较差，将其评估为III级样品；
I级和II级样品：当光电耦合器件无明显的爆裂噪声时，该器件可靠性一般或较高，将其评估为III级样品。
(2)基于时域噪声电压的可靠性评估参数集合对被测器件10进行可靠性评估
当被测的光电耦合器件内部无明显的爆裂噪声及G-R噪声时，器件可靠性缺陷可反映在噪声电压峰峰值和噪声电压有效值的比值过大。因此，根据得到的光电耦合器件的时域噪声电压数据集合{Φ(i)}，对被测光电耦合器件进行可靠性评估，评估标准如下：
III级样品：当光电耦合器件的时域噪声电压数据集合Φ(i)≥10时，该器件的可靠性较差，将其评估为III级样品。
II级样品：当光电耦合器件的时域噪声电压数据集合3<Φ(i)<10时，该元器件的可靠性一般，将其评估为II级样品；
I级样品：当光电耦合器件的时域噪声电压数据集合Φ(i)≤3时，该元器件的可靠性较高，将其评估为I级样品。
(3)基于宽带噪声电压对被测器件10进行可靠性评估
1/f噪声是光电耦合器件的主要低频噪声分量，1/f噪声功率谱密度与器件的氧化层缺陷成正比。由于在光电耦合器件的制造工艺中氧化层缺陷一般服从正态分布，因此1/f噪声功率谱密度一般也服从正态分布，可利用1/f噪声的噪声电压功率谱密度的分布统计对被测器件进行可靠性评估。3Hz-30Hz十倍频范围的宽带噪声电压主要是光电耦合器件的1/f噪声的电压功率谱密度在3Hz-30Hz低频段的积分值，可稳定有效地表征该器件的1/f噪声。同时，根据前期对大量光电耦合器件的噪声测试结果研究可知，G-R噪声的转折频率多在10Hz-30Hz。因此，采用3Hz-30Hz十倍频范围的宽带噪声电压也可反映G-R噪声。因此，可根据上述数据分析步骤中计算获取的光电耦合器件的十倍频宽带噪声电压数据集合{Vwidenoise(i)}，以及宽带噪声电压数据集合的平均值
和均方差σ，对被测光电耦合器件进行可靠性评估，评估标准如下：
III级样品：当光电耦合器件的
该器件的可靠性较差，将其评估为III级样品；
II级样品：当光电耦合器件的
该元器件的可靠性一般，将其评估为II级样品；
I级样品：当光电耦合器件的
该元器件的可靠性较高，将其评估为I级样品。
其中，α、β的值需要根据实际测试情况进行选取，在一般情况下选取α＝β＝0.67。
使用本发明提供的可靠性测试方法按照针对304只批量光电耦合器件的噪声电压功率谱密度测试数据进行处理，处理结果如图10所示，图10为本发明其中一实施例中的基于频域宽带噪声统计判据的可靠性评估结果分布图。从图中可见，十倍频宽带噪声电压呈正态分布，
σ＝3.50E-7V。基于宽带噪声电压对批量光电耦合器件进行可靠性评估的评估结果为：III级样品有69只，II级样品有157只，I级样品有78只。
(4)综合爆裂噪声、时域噪声电压和宽带噪声电压的情况，对被测器件10进行可靠性评估
在本实施例中，基于爆裂噪声、时域噪声电压和频域宽带噪声的可靠性评估结果，对光电耦合器件进行可靠性综合评估，评估标准如下：
若光电耦合器件的噪声数据满足任一III级样品的评估标准，则判断该器件为III级样品；
若光电耦合器件的噪声数据同时满足所有I级样品的评估标准，则判断该器件为I级样品；
若光电耦合器件的噪声数据不属于上述两种情况的，则判断该器件为II级样品。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明提出的基于低频噪声的可靠性评估方法，没有采用建立光耦噪声特性与伪寿命的定量关系模型进行分析的方法，而是基于光电耦合器件1/f噪声、G-R噪声和爆裂噪声的低频噪声特性，根据上述噪声特性与器件可靠性之间的相关性，采用对不同噪声特性分别进行评估的方法，实现对器件可靠性的评估。本方法不需要开展长时间的恒定应力加速寿命试验，因而不会对器件样品产生损伤，试验所需要的时间短、成本低，适合于对批量光电耦合器件样品的评估。同时，本方法基于低频噪声测试***开展，本发明提供的低频噪声测试***提高了低频噪声测试的灵敏度和准确性，综合所有低频噪声分量进行可靠性评估，提高了评估的准确性。本发明可以应用于对航天、航空以及地面电子***等对光电耦合器的可靠性要求高的领域中，快速、低成本、无破坏性地实现器件可靠性快速评估，对推广低频噪声测试装置和方法具有重要的价值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种低频噪声测试***，其特征在于，包括：
偏置电路，所述偏置电路中连接有被测器件，用于对所述被测器件进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据；
分析设备，与所述偏置电路相连接，用于根据所述时域噪声数据和所述频域噪声数据进行数据处理及统计分析，并根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估。
2.根据权利要求1所述的低频噪声测试***，其特征在于，所述偏置电路中还包括低噪声电源，与所述被测器件相连接，用于向所述被测器件提供低噪声电源偏置。
3.根据权利要求1或2所述的低频噪声测试***，其特征在于，所述低频噪声测试***还包括：
前置放大器，与所述被测器件相连接，用于对所述被测器件输出的低频噪声信号进行放大处理；
屏蔽装置，用于屏蔽外界干扰，所述偏置电路、所述前置放大器和所述分析设备均设置于所述屏蔽装置中。
4.一种可靠性测试方法，应用于低频噪声测试***，其特征在于，包括：
对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据；
根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析；
根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估。
5.根据权利要求4所述的可靠性测试方法，所述低频噪声测试***包括偏置电路和前置放大器，所述偏置电路中还包括低噪声电源，其特征在于，在所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据之前，还包括：
对所述被测器件进行编号；
按编号顺序将所述被测器件接入所述偏置电路中，调节所述低噪声电源的电流输出和电压输出，使所述被测器件工作在预设的输入电流和输出电压；
调节所述前置放大器的带宽和增益，使所述前置放大器的输出信号在预设范围内。
6.根据权利要求5所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据，包括：
保持所述低噪声电源的电流输出和电压输出，设置预设采集时间对所述被测器件的时域噪声数据进行采集并保存，以获取时域噪声数据。
7.根据权利要求5所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述对被测器件分别进行噪声电压时间序列测试和噪声电压功率谱密度测试，以获取所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据，包括：
保持所述低噪声电源的电流输出和电压输出，设置预设采样率、预设频谱分辨力和预设测试平均次数来对所述被测器件的频域噪声数据进行采集并保存，以获取频域噪声数据。
8.根据权利要求6所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述时域噪声数据包括噪声电压有效值和噪声电压峰值。
9.根据权利要求8所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述根据所述被测器件的时域噪声数据和频域噪声数据进行数据处理及统计分析，包括：
绘制所述被测器件的噪声电压时间序列波形，根据所述噪声电压时间序列波形判断是否存在爆裂噪声；
根据所述噪声电压有效值和所述噪声电压峰值，构建时域噪声电压的可靠性评估参数集合；
根据所述频域噪声数据计算获取预设倍频范围的宽带噪声电压数据集合，并计算所述宽带噪声电压的平均值和均方差。
10.根据权利要求9所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述根据分析结果对所述被测器件进行可靠性评估，包括：
基于对爆裂噪声、时域噪声电压和宽带噪声电压的分析结果，对所述被测器件进行可靠性评估。
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