Электронные устройства и модули являются важной частью самых разнообразных технологических систем. В том числе и критически важных, в которых отказы не допустимы и могут привести к трагическим последствиям. С другой стороны, хорошо известно, что дефекты и отказы возможны даже в хорошо освоенном и отлаженном производстве. По этой причине распространённым способом повышения качества и надёжности выпускаемой продукции является электротермотренировка (ЭТТ), цель которой заключается в том, чтобы вызвать отказ потенциально ненадёжных схем, не повреждая остальные.
Исходя из современных тенденций развития техники, очевидно, что высокочастотные системы также разделяют эту тенденцию, к тому же их всё чаще применяют внутри критически важных систем. В том числе в спецтехнике, вооружении и космической отрасли. Для того чтобы выполнить тестирование с такими жесткими требованиями к качеству, необходима комбинация различных аппаратных решений для проведения электрических испытаний с технологией имитации ВЧ-сигналов.
Задача
Необходимо подтвердить соответствие стандартам качества высокочастотных систем, предназначенных для систем с высокими требованиями к надежности, путем тестирования их работы в условиях экстремальной температуры (-40 ° C, + 85 ° C, + 125 ° С). В некоторых случаях требуется провести тестирование сразу нескольких изделий (до 50 штук). В частности, такая необходимость появляется в тех случаях, когда нужно выявить и устранить "узкие места" в производственном процессе.
Тестирование в течение достаточно длительного времени (как правило, до 168 часов) при предельной температуре эксплуатации позволяет выявить возможные проблемы, из-за которых устройство может выйти из строя на начальном этапе эксплуатации.
Решение
Многолетний опыт компании «Совтест АТЕ» в области функционального тестирования лег в основу разработки стандартного аппаратного оборудования для электрических испытаний. Что касается анализа ВЧ-сигналов, то он производится при помощи технологии автоматизированного тестирования, собственной совтестовской разработки (FT-17DT). Данная технология позволяет выполнять параллельное тестирование нескольких изделий одновременно, что обеспечивает самую высокую производительность. И наконец, система дополняется климатической камерой, позволяющей испытывать изделие в различных условиях — под воздействием температуры и напряжения. Такая имитация критических состояний дает возможность определить допустимые пределы его эксплуатации.
Практическая реализация
Практическая реализация системы ЭТТ (электротермотренировка) включает в себя несколько важных аспектов, требующих особого внимания, среди которых: выбор подходящей климатической камеры;
применение технологии параллельного тестирования нескольких изделий для повышения производительности;
оснащение системы ЭТТ специальной оснасткой для закрепления проверяемого изделия внутри климатической камеры (это предполагает упрощенный процесс установки и позволяет оператору легко размещать проверяемое изделие);
выбор подходящей линии передачи электрических тестовых сигналов, а также линии для связи с устройствами;
маршрутизация ВЧ-сигналов и определение характеристик подключения.
Рис.1 Внешний вид системы ЭТТ
Ниже представлено описание различных подсистем, используемых в данной технологии.
Контроллер
Управление всей системой осуществляется с помощью промышленного компьютера (с процессором Intel Core i7), способного работать со всеми интерфейсами различных подсистем (системы электрических испытаний, программы для имитации ВЧ-сигналов и климатической камеры). Он также отвечает за коммутацию каналов связи с тестируемыми устройствами. Но прежде всего, контроллер обеспечивает необходимую вычислительную мощность для проведения соответствующего анализа собранных данных.
Интерфейс для подключения изделий к тестеру
Все технические средства, задействованные в системе, становятся доступны при использовании стандартной испытательной установки FTT-17. Компания «Совтест АТЕ» имеет большой опыт в области функционального и внутрисхемного тестирования, который лег в основу разработки этой системы ЭТТ. Она включает в себя проверенные схемы соединений, в монтаже которых используются разъемы для печатных плат производства компаний Harting и ODU.
Рис.2 Пример кассет для ЭТТ
Вторым ключевым элементом системы являются высокочастотные шлейфы и кабели, выбор которых производился тщательно на основе предложений сертифицированных поставщиков, чтобы впоследствии не возникло проблем в процессе анализа и маршрутизации сигнала. По той же причине необходимо, чтобы длина кабеля была одинаковой во всех проверяемых изделиях, а возникающие потери при распространении сигнала были точно определены и откалиброваны.
Завершающим этапом создания интерфейса для подключения изделия к тестеру является разработка специальной кассеты для термотренировки, на которой размещаются устройства в климатической камере. При этом не только конструкция этих кассет гарантирует, что изделие успешно выдержит многократное изменение температуры. Большое значение имеет и повторяемость результатов тестирования всех испытуемых изделий.
Разработка таких кассет для термотренировки предполагает:
- Определение посадочных мест тестируемых изделий (из расчета 10 штук на одну панель) с расчетом на то, чтобы упростить процедуру установки и обеспечить оптимальное контактирование (окончательный вариант утверждается Заказчиком);
- Контроль всех сигналов и источников питания (в частности, контроль состояния перегрузки по току), чтобы избежать повреждения тестируемых изделий и самой системы ЭТТ;
- Организацию надлежащей системы теплоотвода для предотвращения появления конденсата на изделии под воздействием изменения температуры;
- Оптимальную маршрутизацию ВЧ-сигнала, позволяющую обеспечить одинаковые потери при распространении сигнала на различных участках.
- Аппаратное решение для электрических испытаний.
Для отслеживания сигналов тестируемых устройств используется оборудование собственной разработки. Компания «Совтест АТЕ» предлагает полный набор решений для функционального тестирования. В частности, подвод электропитания, сигналов тестируемого устройства, текущий контроль потребления тока выполняется с помощью измерительного модуля тестера и коммутационной матрицы, применение которой позволяет расширить возможности системы.
Тестирование ВЧ-сигнала
Понятно, что наиболее важная составляющая процесса функционального тестирования — это имитация ВЧ-сигналов и тестирование характеристик сигналов проверяемого изделия. Согласно стандартам первоначально необходимо определить характеристики работы тестируемого устройства во всех различных режимах работы. В рамках этого определяются ключевые параметры, такие как коэффициент битовых ошибок (BER), мощность передаваемого и принимаемого сигнала, проводится частотный анализ и т.д. Выбор инструмента для имитации ВЧ-сигнала становится ключевым фактором. Решение, предложенное компанией «Совтест АТЕ», — это программно-конфигурируемый модуль цифрового ввода/вывода, который объединяет работу векторного генератора и векторного анализатора сигналов с их обработкой и контролем в режиме реального времени.
Рис.3 Программно-конфигурируемый модуль цифрового ввода/вывода ЭТТ
Необходимость тестирования 50 испытуемых устройств привела к интеграции 5 модулей ВЧ-сигналов в одном и том же модуле. Такой подход был применен впервые и в результате обеспечил максимальную производительность системы. Фактически такая конфигурация позволяет тестировать одновременно 5 испытуемых устройств, затем с помощью коммутатора осуществляется подключение следующей группы устройств.
Климатическая камера
Как уже упоминалось, для того, чтобы проверить качество работы устройства, предназначенного для ВЧ-систем, необходимо определить характеристики его работы в экстремальных температурных условиях: -40 ° C до + 150 ° C. При столь широком диапазоне выбор климатической камеры должен осуществляться также с учетом требования к соответствующей скорости изменения температуры с целью сокращения общей длительности цикла испытания.
Выбранное значение 15°С в минуту можно считать хорошим компромиссом между скоростью изменения температуры и термическим напряжением, оказывающим воздействие на тестируемое устройство. Фактически выбор большего значения может привести к повреждениям изделия.
Программное обеспечение
Последний, но не менее важный аспект практической реализации системы – это программное обеспечение. Управление всей системой осуществляется с помощью новейшего программного обеспечения LV/TS.
Фактически контроль всех используемых инструментов (в том числе оборудования собственной разработки и климатической камеры) осуществляется с помощью специально разработанного виртуального интерфейса. При этом работа всей системы основывается на многопоточной структуре ПО. Это именно тот ключевой фактор, который обеспечил возможность для полноценного параллельного управления пятьюдесятью тестируемыми устройствами.
Рис.4 Интерфейс программы для ЭТТ
Тем не менее, широкое применение базовых функций вариативной системы управления и совместное использование ресурсов обеспечивают возможности для дальнейшего развития технологии последовательного тестирования. Поскольку эта система предназначена для нужд производственной отрасли, она имеет специальный, разработанный под заказчика, интерфейс. Он помогает оператору легко получить отчет о процессе выполнения теста или получения результатов. Таким образом, по окончании проведенного тестирования становится возможным подтвердить соответствие ВЧ-систем, требованиям стандартов качества.
Знаете ли Вы, что?
Большинство механизмов отказов ИЭТ ускоряются под воздействием температуры и напряжения или тока, поэтому в процессе тренировки изделия должны работать при максимально допустимом напряжении и максимально возможной температуре. Однако при этой температуре не должно быть тепловой перегрузки, изменений логических состояний, а также недопустима большая плотность тока в металлизации. Методы ЭТТ могут использоваться те же, что и для ЭТ, плюс внешние воздействия повышенной температуры. Температуры, при которых проводятся тренировки, составляют 55, 70, 85, 100, 125 и 150ºС. ЭТТ ведётся в специальных стендах при строгом контроле температуры.
