一种微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试方法技术

本发明专利技术涉及一种微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试方法，包括：RF干扰信号源(1)、功率放大器(2)、耦合电容(3)、电源分布网络(4)、受试微处理器(5)、印刷电路板(6)、恒温加热箱(7)、直流电源(8)、示波器(9)，同时本发明专利技术还提供了一种基于电容耦合注入干扰的微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试的方法；本系统易于搭建，成本低，测试快速便捷，解决了微处理器电磁与热应力复合敏感性测试难的问题；同时测试方法简单，操作流程清晰，可在150KHz至1GHz整个频段内精细测试微处理器不同工作环境温度的电磁敏感性，也可在指定的工作温度或某个频点进行抽样测试。

【技术实现步骤摘要】
微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试系统及方法
本专利技术涉及微处理器电磁健壮性测试领域，具体涉及一种微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试方法。
技术介绍
微处理器作为电子信息系统的核心，已在航空航天、空间技术、交通运输和国防军事等关键领域广泛应用。在复杂电磁和恶劣温度环境下，微处理器电磁兼容性固有指标会漂移恶化，导致芯片和系统电磁环境敏感加剧和可靠性下降的电磁健壮性问题。电磁健壮性是指在复杂电磁与气候环境中芯片或系统全寿命任务剖面的电磁兼容耐久性和功能安全可靠性。微处理器的电磁健壮性不仅体现其自身寄生电磁兼容特性，也反映经历外界环境温度老化的抗御电磁干扰能力，而且关乎构成设备、系统的功能安全、综合效能和可靠寿命。近年来针对集成电路芯片级电磁健壮性的研究主要是针对处理器芯片级电磁兼容和元器件可靠性分别进行相关研究，将芯片级电磁兼容与可靠性融合的研究相对较少，目前国内外现状表明将成为热点方向。针对集成电路芯片电磁兼容方向，IEEE电磁兼容学报(MRamdani,ESicard,ABoyer,SBDhia,JJWhalen,TH.Hubing,M.Coenen,O.Wada.TheElectromagneticCompatibilityofIntegratedCircuits—Past,Present,andFuture.IEEETransactionsonElectromagneticCompatibility,February2009Vol.51,No.1:78-99)综述了相关研究。集成电路电磁敏感性测试方法和统计结果不断涌现，在集成电路电磁兼容理论基础和实验研究逐步深入。针对集成电路敏感性的测试，ICE62132-3给出了直接功率注入法(DPI)的测试标准，解决了器件敏感性的测试问题，但这种电磁兼容测试方法没有考虑环境温度变化影响因素，且供电去耦网络与干扰信号隔离不足导致直流稳压源易受注入干扰信号影响。针对元器件可靠老化试验，GJB548B-2005以及MIL-STD-883H(DepartmentOfDefenseTestMethodStandard，Microcircuits，26February2010)对相关测试方法进行了标准化，但是该方法没有考虑电磁应力影响。2012年10月3日公开的中国专利“一种车身控制器电磁抗扰性能的测试系统及其测试方法”(CN102707706)，给出了一种车身控制器电磁抗干扰性能的测试方法，解决了车身控制器的电磁抗扰性测试问题，但是该方法没有涉及温度影响抗扰性因素，且测试需要微波暗室环境，成本昂贵。上述方法分别考虑单元环境因素进行实验，没有将温度与电磁环境综合起来进行测量，得不到微处理器电磁与热应力复合环境下的健壮性。本专利技术提供一种微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试方法，考虑了电磁与热应力复合效应因素，解决复杂电磁与物理温度环境健壮性测试问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术建立了微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试方法，并基于该方法构建了相应的测试系统，该测试系统易于搭建，成本低，测试方法简单，操作流程清晰，可快速测试在热应力和电磁复合环境下微处理器的传导敏感特性，有助于微处理器电磁健壮性的预测分析，为在实际应用中改进微处理器电磁健壮性提供依据。本专利技术的技术方案是提供一种用于测试热应力与电磁复合环境下微处理器敏感性的系统，包括：恒温加热箱、RF干扰信号源、功率放大器、注入耦合电容、单向电源分布网络、受试微处理器、印刷电路板、直流电源、示波器，其特征在于：恒温加热箱产生测试用的热应力，其内放置受测微处理器实验板；RF干扰信号源产生测试用的高频干扰信号，其通过SMA连接器与功率放大器相连；功率放大器对测试用的干扰信号进行功率放大，并通过SMA连接器与耦合电容相连；耦合电容将经过放大后的干扰信号耦合注入到受试微处理器的引脚上，耦合电容与受试微处理器的测试引脚相连；受试微处理器输出连接示波器；示波器用于观察受试微处理器的输出信号；直流电源为受试微处理器提供工作电压，它连接电源分布网络；电源分布网络由电感和低压差二极管构成，形成通直流、去交流的单向馈电电源分布网络，与受试微处理器的电源引脚相连；耦合电容、电源分布网络及受试微处理器均安装在印刷电路板上。本专利技术还提供了一种热应力与电磁复合环境下微处理器电磁敏感性测试的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤来实现：第1步、搭建微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试系统，将受测微处理器放于恒温箱，设定恒温箱内温度在25℃到85℃工作环境温度，其他设备通过耐高温连线连接测试微处理器，置于恒温箱外，处于室温下。设定RF干扰信号源的输出信号频率带宽在150KHz-1GHz，耦合电容取值6.8nF，电源分布网络包含4.7μH电感和低压差二极管，直流电源通过电源分布网络获得稳定供电电压；第2步、设定微处理器电磁与热应力复合环境敏感性物理量，即传导敏感性；第3步、构建微处理器传导干扰耦合传输路径按50Ω阻抗构建微处理器传导干扰耦合传输路径，包括RF干扰信号源、功率放大器、耦合电容与受试微处理器所在的PCB终端；配置高频干扰信号源、宽带功率放大器，设计注入路径匹配阻抗、电源分布网络；设计的干扰耦合注入电路，定向注入射频信号干扰受试微处理器引脚或部位，同时隔离直流信号成分直接加在受试器件引脚；设计的电源分布网络，保证受试微处理器或单元电路正常直流供电，阻断高频交流干扰馈入外部电源或其他非受试电路；第4步、设置微处理器工作的环境温度调整恒温箱的温度在25℃到85℃，以提供实验所需的环境温度。恒温箱可实时显示箱内的温度，待恒温箱温度到达指定温度时，将受试设备放入恒温箱应稳定不小于10分钟以使受试设备物理属性达到稳定；第5步、界定微处理器电磁敏感性阈值判据利用RF信号源监测注入干扰信号的功率，设定微处理器芯片工作环境温度，通过示波器观察微处理器输出引脚信号波形，监测工作状态，当微处理器工作状态异常时，界定注入干扰信号的功率作为微处理器敏感阈值；第6步、设定耦合注入干扰脉冲信号采用连续正弦波和AM调制的连续正弦波作为干扰脉冲信号；第7步、设定干扰信号频率测试传导敏感性测试时在干扰信号的设定初始频率点上，逐步提高干扰信号的功率，当微处理器工作状态异常，则判定芯片失效，记录出现故障前一次干扰信号的功率；否则继续增加功率，直到功率目标值结束；第8步、改变干扰信号频率测试传导敏感性增加干扰信号的频率，重复第7步的测试，直到频率达到测试频率的上限结束；第9步、改变恒温箱温度，待温度稳定后，重复第7步和第8步的实验，直到温度达到设定的最高上限；第10步、分析测试数据与结果采集、记录、输出与存储在电磁与热应力复合环境下微处理器敏感性测试相关数据、波形信息，进行测试结果分析，获得受试微处理器电磁与热应力复合环境敏感性；本专利技术的有益效果是：(1)电磁与热应力复合环境下微处理器敏感性测试系统易于搭建，成本低，测试快速便捷，解决了微处理器在复合环境应力下敏感性测试难的问题。(2)本方法综合了热应力和电磁环境对微处理器的影响，可得出温度和电磁环境对微处理器敏感性的复合影响能力。(3)本专利技术测试方法简单，操作流程清晰，可在20℃至85℃温度范围下，150KHz至1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测试微处理器电磁与热应力复合环境敏感性的系统，包括：RF干扰信号源(1)、功率放大器(2)、耦合电容(3)、电源分布网络(4)、受试微处理器(5)、印刷电路板(6)、恒温加热箱(7)、直流电源(8)、示波器(9)，其特征在于：RF干扰信号源(1)产生测试用的干扰信号，其通过SMA连接器与功率放大器(2)相连；功率放大器(2)对测试用的干扰信号进行功率放大，并通过SMA连接器与耦合电容(3)相连；耦合电容(3)采用大功率电容，并将经过放大后的干扰信号耦合到受试微处理器的引脚上，耦合电容(3)与受试微处理器(5)的测试引脚相连；受试(5)输出连接示波器(9)；示波器(9)用于观察受试微处理器(5)的输出信号；直流电源(8)为受试微处理器提供工作电压，它连接电源分布网络(4)；电源分布网络(4)用于提供稳定的直流电源，同时隔离功率放大器(2)输出的干扰信号耦合到直流电源(8)，电源分布网络(4)包括电感和二极管，电源分布网络(4)与受试微处理器(5)的电源引脚相连；印刷电路板(6)用于安装耦合电容(3)、电源分布网络(4)及受试微处理器(5)，并且置于恒温加热箱(7)内；恒温加热箱(7)用于提供受试微处理器(5)可调节的工作环境温度。...

【技术特征摘要】
1.一种用于测试微处理器电磁与热应力复合环境敏感性的系统，包括：RF干扰信号源(1)、功率放大器(2)、耦合电容(3)、电源分布网络(4)、受试微处理器(5)、印刷电路板(6)、恒温加热箱(7)、直流电源(8)、示波器(9)，其特征在于：RF干扰信号源(1)产生测试用的干扰信号，其通过SMA连接器与功率放大器(2)相连；功率放大器(2)对测试用的干扰信号进行功率放大，并通过SMA连接器与耦合电容(3)相连；耦合电容(3)采用大功率电容，并将经过放大后的干扰信号耦合到受试微处理器的引脚上，耦合电容(3)与受试微处理器(5)的测试引脚相连；受试微处理器(5)输出连接示波器(9)；示波器(9)用于观察受试微处理器(5)的输出信号；直流电源(8)为受试微处理器提供工作电压，它连接电源分布网络(4)；电源分布网络(4)用于提供稳定的直流电源，同时隔离功率放大器(2)输出的干扰信号耦合到直流电源(8)，电源分布网络(4)包括电感和二极管，电源分布网络(4)与受试微处理器(5)的电源引脚相连；印刷电路板(6)用于安装耦合电容(3)、电源分布网络(4)及受试微处理器(5)，并且置于恒温加热箱(7)内；恒温加热箱(7)用于提供受试微处理器(5)可调节的工作环境温度。2.利用权利要求1所述的系统实现微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤来实现：第1步、搭建微处理器电磁与热应力复合环境敏感性测试系统，设置恒温箱内测试微处理器芯片工作环境温度25℃到85℃，设定RF干扰信号源的输出信号频率带宽在150KHz-1GHz，耦合电容取值6.8nF，电源分布网络包含4.7μH电感和低压差二极管，直流电源通过电源分布网络为受试微处理器提供供电电压，直流电源采用可调稳压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长林，邵高平，王勤民，余道杰，朱卫东，杨洪涛，程保炜，郭仕勇，高飞，郭玉华，徐志坚，李自双，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41