一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法，所述装置包括：测试板卡、温湿箱、参考时钟、示波器、DC直流电源、相位噪声测试仪和计算机，所述测试板卡放在温湿箱内，将多个芯片原子钟安装在测试板卡上，所述测试板卡上设置有芯片原子钟插座、电压转换模块、信号输出模块和电源接口，所述DC直流电源经电源接口为测试板卡进行供电，所述电压转换模块为芯片原子钟供电，所述信号输出模块进行双路信号输出，信号输出模块连接示波器、相位噪声测试仪和计算机设备对芯片原子钟时间及频率信号质量进行评估。本发明专利技术解决了现有芯片原子钟可靠性测试效率低、成本高的问题。成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及原子钟可靠性测试
，具体涉及一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法。

技术介绍

[0002]MTBF(Mean Time Between Failure),即平均无故障工作时间，是衡量一个产品的可靠性指标。度量方法为：在规定条件下和规定时间内，产品的寿命单位总数与故障总次数之比。MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数，可靠度工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。
[0003]CPT原子钟是利用原子的相干布局囚禁原理而实现的一种新型原子钟，由于不再需要微波谐振腔，因此可以做到真正的微型化。晶振的时间为“毫秒”级精确度，已足够满足日常通讯和生活的需求，CPT原子钟的时间为“纳秒”级精确度，作为更精确的计时工具，在通信、航天、卫星和科学探测等方面发挥重要作用。
[0004]现有产品的MTBF可靠性测试相关标准包括MIL
‑
HDBK
‑
217F、Telcordia SR332、Siemens Norm、Fides或UTE C 80
‑
810(RDF2000)等。目前主流使用的权威性标准是MIL
‑
HDBK
‑
217、GJB/Z299B和Bellcore,分别应用于军工产品和民用产品。不过这些方法估计到的值和实际的平均故障间隔仍有相当的差距，很难测算准确的平均无故障工作时间以找出实际产品设计中的薄弱环节。容易出现MTBF可靠性测试的效率低，成本高的情况。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法，以解决现有芯片原子钟可靠性测试效率低、成本高的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]根据本专利技术的第一方面，公开了一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，所述装置包括：测试板卡、温湿箱、参考时钟、示波器、DC直流电源、相位噪声测试仪和计算机，所述测试板卡放在温湿箱内，将多个芯片原子钟安装在测试板卡上，所述测试板卡上设置有芯片原子钟插座、电压转换模块、信号输出模块和电源接口，所述DC直流电源经电源接口为测试板卡进行供电，所述电压转换模块为芯片原子钟供电，所述信号输出模块进行双路信号输出，信号输出模块连接示波器、相位噪声测试仪和计算机设备对芯片原子钟时间及频率信号质量进行评估。
[0008]进一步地，所述电源接口连接DC直流电源，测试板卡上的多个芯片原子钟均与电源接口连接，通过电源接口进行供电。
[0009]进一步地，所述电压转换模块包括：5V电压转换模块和3.3V电压直连模块，所述3.3V电压直连模块直接进行供电，所述5V电压转换模块将5V电压转换为3.3V电压进行供电。
[0010]进一步地，所述信号输出模块包括：1PPS信号输出单元和10MHz信号输出单元，所
述1PPS信号输出单元连接示波器，所述10MHz信号输出单元连接相位噪声测试仪，相位噪声测试仪连接计算机。
[0011]进一步地，所述相位噪声测试仪还连接有10MHz参考时钟，通过参考时钟向相位噪声测试仪输出10MHz信号。
[0012]根据本专利技术的第二方面，公开了一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验方法，所述方法为：
[0013]将若干芯片级原子钟置于测试板卡上；并将芯片原子钟的板卡放置于温湿箱内，调节箱内温度至40℃及85％相对湿度，测试板卡连接箱外电源并在上电条件下持续工作，由示波器测试秒脉冲信号质量检测故障发生频次，相位噪声测试仪测量测量信号后发送至计算机，通过加速模型计算加速因子，最终得到平均无故障时间MTBF。
[0014]进一步地，所述方法测试具体过程为：
[0015]测试开始时，需将恒温恒热箱工作温度设为40℃，测试环境相对湿度设为85％，通过Hallberg
‑
Peck加速老化模型推算出测试加速因子；测试过程通过加速老化测试时间、测试芯片钟数量及推算出加速因子相乘得到总运行时间；最后通过芯片原子钟在测试过程中的失效次数和国家规范测试标准使用的卡方分布推算规范准确推算平均工作无故障时间MTBF。
[0016]进一步地，所述测试板卡在温湿箱内确定测试环境相对湿度和测试环境温度，通过加速模型Hallberg
‑
Peck模型计算加速因子AF，计算公式为：
[0017]AF＝(RH
t
/RH
u
)3·
exp{(E
a
/k)
·
[(1/T
u
)
‑
(1/T
t
)]}
[0018]式中：
[0019]AF是加速因子；Ea为析出故障的耗费能量，又称激活能，不同产品的激活能不同；K为玻尔兹曼常数；
[0020]Tu是使用条件下即非加速条件下的温度值，温度值为绝对温度值，以开尔文K作单位；
[0021]Tt是测试条件下即加速条件下的温度值，温度值是绝对温度值，以开尔文K作单位；
[0022]RHu是使用条件下即非加速状态下的相对湿度值；
[0023]RHt是测试条件下即加速状态下的相对湿度值。
[0024]进一步地，所述平均无故障时间MTBF的计算公式为：
[0025]MTBF＝Ttot
·
2/χ2(α,2r+2)
[0026]其中Ttot为总运行时间：Ttot＝设备数量*测试时间*加速因子AF；
[0027]r为失效次数，由90％置信度时卡方分布可推出r数值。
[0028]本专利技术具有如下优点：
[0029]本专利技术公开了一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法，芯片原子钟加速老化MTBF测试方法利用统计学知识和环境湿热条件下加速老化特性，结合相关行业规范能够准确推演MTBF平均无故障时间数值，并结合批量化产品测试板卡，最大程度节省芯片原子钟测试时间成本和物料成本，提升检测效率。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0031]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0032]图1为本专利技术实施例提供的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置结构示意图；
[0033]图2为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述装置包括：测试板卡、温湿箱、参考时钟、示波器、DC直流电源、相位噪声测试仪和计算机，所述测试板卡放在温湿箱内，将多个芯片原子钟安装在测试板卡上，所述测试板卡上设置有芯片原子钟插座、电压转换模块、信号输出模块和电源接口，所述DC直流电源经电源接口为测试板卡进行供电，所述电压转换模块为芯片原子钟供电，所述信号输出模块进行双路信号输出，信号输出模块连接示波器、相位噪声测试仪和计算机设备对芯片原子钟时间及频率信号质量进行评估。2.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述电源接口连接DC直流电源，测试板卡上的多个芯片原子钟均与电源接口连接，通过电源接口进行供电。3.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述电压转换模块包括：5V电压转换模块和3.3V电压直连模块，所述3.3V电压直连模块直接进行供电，所述5V电压转换模块将5V电压转换为3.3V电压进行供电。4.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述信号输出模块包括：1PPS信号输出单元和10MHz信号输出单元，所述1PPS信号输出单元连接示波器，所述10MHz信号输出单元连接相位噪声测试仪，相位噪声测试仪连接计算机。5.如权利要求4所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述相位噪声测试仪还连接有10MHz参考时钟，通过参考时钟向相位噪声测试仪输出10MHz信号。6.一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验方法，其特征在于，所述方法为：将若干芯片级原子钟置于测试板卡上；并将芯片原子钟的板卡放置于温湿箱内，调节箱内温度至40℃及85％相对湿度，测试板卡连接箱外电源并在上电条件下持续工作，由示波器测试秒脉冲信号质量检测故障发生频次，相位噪声测试仪测量测量信号后发送至计算机，通过加速模型计算加速因子，最终得到平均无故障时间MTBF...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟红玲，董万霖，
申请(专利权)人：中科启迪光电子科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：