基于LabVIEW的三極管壽命測試系統(tǒng)

1、基于labview的三極管壽命測試系統(tǒng) 隨著航空，航天，能源工業(yè)等領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的要求日益提高，電子產(chǎn)品的牢靠性問題受到越來越廣泛的重視。電子產(chǎn)品在用法過程中會碰到不同環(huán)境條件，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下，熱匹配性能力差的電子元器件就簡單失效，導(dǎo)致電子產(chǎn)品故障，造成巨大的人力和財力損失。電子元器件的老化測試就是模仿或者等效產(chǎn)品的用法狀態(tài)，通過測試，將不符合器件剔除，將電子產(chǎn)品的質(zhì)量在加工初期舉行有效地控制，以保證電子產(chǎn)品用法的牢靠性和穩(wěn)定性。 針對電子元器件的這種狀況，我們開發(fā)了一種老化測試系統(tǒng)，可以主要針對功率器件(功率、vdmos，等)，通過有邏輯給元器件通電和斷電，循環(huán)施加電應(yīng)力和熱應(yīng)力，檢

2、驗(yàn)其承受循環(huán)應(yīng)力的能力。1工作原理通過給晶體管通電加熱，使晶體管在當(dāng)前恒定功率下工作，通過一段時光后，晶體管由于發(fā)熱而使得器件的結(jié)溫持續(xù)上升，到達(dá)設(shè)定值后，斷開恒流源和恒壓源，給器件通風(fēng)，使其溫度降低到設(shè)定值，反復(fù)這個過程，就可以較為精確的算出該器件的加熱時光和冷卻時光，達(dá)到了間歇測試的目的?；镜墓ぷ髟韴D如1所示。圖1 間歇壽命測試循環(huán)暗示圖器件的熱阻通常定義為：其中rjx=器件結(jié)點(diǎn)到詳細(xì)環(huán)境的熱阻(替代符號是jx)/w;tj=穩(wěn)定狀態(tài)測試條件下的器件結(jié)溫;tx=環(huán)境的參考溫度;ph=設(shè)備功耗w;測試條件下器件結(jié)溫可表示為：tj=tj0+tj其中tj0=器件加熱前的初始結(jié)溫;tj=器件結(jié)溫

3、變幻量通過溫度敏感參數(shù)(tsp)來表示結(jié)溫變幻量，公式為：tj=ktsp其中tsp=溫度敏感參數(shù)的變幻量mv;k=定義tj和tsp變幻關(guān)系的常量/mv;溫度敏感參數(shù)可表示為：tsp=ie-4vce其中ie=冷卻測量時刻加的恒流源值mv;vce=器件的結(jié)值mv;k系數(shù)為結(jié)溫隨結(jié)電壓的變幻關(guān)系，固定器k件系數(shù)為常量，不同器件k的系數(shù)不同，可在實(shí)驗(yàn)器件的資料中查出，或者廠家給出。其計算公式可表示為：其中tj1和tj2為兩個時刻的結(jié)溫，vce1和vce2為結(jié)溫對應(yīng)的結(jié)電壓。2系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)采納pc機(jī)+sbrio-9612+主控板+驅(qū)動板+老化板的結(jié)構(gòu)，2所示，pc和9612之間通過網(wǎng)口通信，9612與主

4、控板之間通過數(shù)字i/o口通信，sbrio-9612，主控板，驅(qū)動板供電都是由開關(guān)完成，程控電源為老化板上的器件提供工作電源，16路差分ad用于采集老化板上待測器件的，電壓以及電源溫度等信號。系統(tǒng)用法sbrio-9612加擴(kuò)展板構(gòu)成下位機(jī)，作為系統(tǒng)的主控板;主控板與驅(qū)動板采納通訊，驅(qū)動板主要功能是將主控板進(jìn)來的20對差分信號轉(zhuǎn)換后(硬件實(shí)現(xiàn))給驅(qū)動板，用20路信號與sbrio-9612實(shí)現(xiàn)通信，sbrio-9612通過控制fpga中的寄存器來實(shí)現(xiàn)電源、恒流源、漏/源的通斷，從而建立功率循環(huán)及合適的采樣條件，硬件暗示圖如3所示。圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖圖3 fpga硬件暗示圖驅(qū)動板和老化板分離采納兩個

5、對接座銜接，電流電壓采樣信號回傳到sbrio-9612板上舉行ad變換后發(fā)送到上位機(jī)。3工作流程及實(shí)現(xiàn)3.1 簡介labview是一個程序開發(fā)環(huán)境。它用法圖形化編程語言g在流程圖中創(chuàng)建源程序，labview fpga模塊將labview圖形化開發(fā)平臺擴(kuò)展到基于ni可重配置i/o(rio)架構(gòu)的硬件平臺上的現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)。3.2工作流程工作開頭，上位機(jī)根據(jù)tcp/ip協(xié)議將控制指令發(fā)送給sbrio-9612，接收到命令后，按照上位機(jī)操作，sbrio-9612將相應(yīng)命令和相關(guān)參數(shù)下發(fā)到主控板，主控板控制驅(qū)動板執(zhí)行命令，進(jìn)而控制老化板執(zhí)行相關(guān)操作。sbrio-9612主要由兩大部分組成

6、，即fpga部分和rt部分;在工作的劃分上，因?yàn)橄到y(tǒng)對速度的要求，其中風(fēng)扇控制，程控電源控制，溫度頻率量讀取，采集，發(fā)數(shù)，差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)饶K分配到速度很快的fpga部分執(zhí)行，而速度稍慢的rt部分主要實(shí)現(xiàn)的是上位機(jī)命令的解析，老化工作控制和下位機(jī)向上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸工作的舉行。labview fpga工作流程圖4所示。圖4 fpga工作流程圖圖5 rt工作流程圖3.3工作過程的實(shí)現(xiàn)3.3. 1綜述工作開頭前，先銜接下位機(jī)，銜接勝利后，調(diào)用自檢模塊，對將要做老練測試的老化板舉行自檢，自檢勝利后，上位機(jī)將參數(shù)下發(fā)到下位機(jī)，然后下發(fā)開頭控制指令，下位機(jī)輪詢每塊板子的控制指令字，板子開頭工作后，將工作需要

7、的加熱電流和測量電流以及程控電壓等通過串行數(shù)據(jù)傳輸模塊下發(fā)到驅(qū)動板，通過驅(qū)動板加載到相應(yīng)的老化板上，給器件加熱，記錄此時的時光，即為加熱開頭時刻，當(dāng)前時刻與加熱開頭時刻之差大于等于開時光的時候，停止加熱，打開風(fēng)扇，記錄加熱結(jié)束時刻，開頭ad采集，按照采集的電流和電壓計算出結(jié)溫，將數(shù)值傳回上位機(jī)，上位機(jī)按照溫度變幻繪出一條曲線。當(dāng)前時刻與加熱結(jié)束時刻之差大于等于關(guān)時光時，冷卻完成并結(jié)束測量，進(jìn)入下一次循環(huán)，循環(huán)次數(shù)到達(dá)后，將此板子置于空閑狀態(tài)。3.3.2精度和切換速度的實(shí)現(xiàn)1)高速adc采集sbrio-9612上集成有ad采集芯片，16位的ad可以保證其采樣辨別率達(dá)到1，同時，4s的轉(zhuǎn)換時光，保

8、證了ad的采樣速度;為了消退共模噪聲的影響，將32路ad轉(zhuǎn)換為16路的差分輸入，采集時每次每個通道延續(xù)取8個數(shù)值求均值為本次采集的結(jié)果，同時協(xié)作老化板中采納的高速開關(guān)舉行切換，保證了采集數(shù)據(jù)的精度要求。下圖是在設(shè)定的10 ma的測量電流和12 v的程控電壓，通過labview顯示出當(dāng)前nmos管(型號為irfp460)的結(jié)電壓和當(dāng)前時刻測量得到的管子結(jié)溫，室溫通過安裝在每塊老化板上的溫度得出為17.3 20 6攝氏度，從圖5中看出，ad采集回歸的16通道的值都在小數(shù)點(diǎn)三位后開頭波動，保證了計算得到的vf的值在小數(shù)點(diǎn)后二位開頭波動。系統(tǒng)在加熱狀態(tài)切入到測量狀態(tài)后20s內(nèi)可完成全部工位結(jié)電壓的采集

9、，為達(dá)到迅速采集要求，編寫程序時候，考慮到adc高實(shí)時性問題，將采集部分分配到sbrio-9612的fpga上完成，sbrio-9612的onboard clock為40 mhz，即0.025s的周期，寫fpga程序時，將adc采集配置(即開關(guān)的切換指令執(zhí)行)和采集數(shù)據(jù)放到挨次結(jié)構(gòu)的相鄰的兩幀之間，考慮到開關(guān)切換時光，中間加1s的等待，保證數(shù)據(jù)的牢靠性，然后開頭數(shù)據(jù)采集，adc采集部分程序6所示。圖6 ad采集結(jié)果在labview中顯示圖7 fpga上adc結(jié)電壓采集程序2)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸此模塊實(shí)現(xiàn)sbrio-9612與fpga之間的通信，通信方式為總線異步拜訪的方式，通過串行dac方式收發(fā)數(shù)據(jù)

10、，所謂串行dac，即在一定的時鐘下(時鐘周期為80 mhz)，根據(jù)固定的時序舉行串行發(fā)數(shù)，先將地址分配到端口，地址總共為六位，即a0-a5，高四位為地址位(控制板號)，低兩位為驅(qū)動板寄存器地址;然后將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)格式為u8，置高wr/rd，然后：dr位置低，保持兩個時鐘周期，dr置高，完成串行dac寫數(shù)據(jù);同理，讀數(shù)據(jù)時先設(shè)置地址總線，wr/rd置低，dr置低，保持兩個時鐘周期，在兩個周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀取，dr置高，完成串行dac讀數(shù)據(jù)。囫圇通信模塊根據(jù)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了sbrio-9612對fpga的控制。圖8 sbrio讀取和寫入時序4試驗(yàn)結(jié)果在環(huán)境溫度為25，溫升為80，加熱恒流源設(shè)置為50 ma，恒壓源設(shè)置為5 v，開時光設(shè)置為2 300 s，關(guān)時光設(shè)置為7700 s，定時模式下，每隔50 ms采樣得到結(jié)溫圖，9，結(jié)束時刻溫度因?yàn)橹車鷾囟壬仙?，基本很難達(dá)到初始的25，但是在溫度降低到了誤差允許范圍內(nèi)。圖中，紅線由nmos管背部貼的傳感器測量得出的溫度變幻數(shù)據(jù)繪出，黑線由采集回歸的數(shù)據(jù)通過結(jié)溫計算公式計算出的數(shù)據(jù)描繪出來的，對