本發(fā)明涉及電子電器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選方法及裝置。

背景技術(shù)：

光電耦合器是把發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起，通過(guò)光電之間的互相轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞的器件，該器件具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事、航天、核技術(shù)等特殊空間環(huán)境的電子設(shè)備上；對(duì)應(yīng)用于空間環(huán)境的光電耦合器，往往要受到環(huán)境中的各種輻射干擾，包括空間輻射、電磁輻射和α粒子輻射，并且由于空間設(shè)備在太空中處于無(wú)法維修狀態(tài)，需要保證其使用的電子元器件具備壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；因此對(duì)于空間設(shè)備所用電子元器件的可靠性要求遠(yuǎn)比在其它電子系統(tǒng)中的要求更為苛刻，由于上述原因，必須在使用前對(duì)航天用光電耦合器的抗輻照能力進(jìn)行有效的檢測(cè)、評(píng)價(jià)和篩選；研究表明，光電耦合器在空間環(huán)境中失效是兩種不同機(jī)理所致；一種是高能質(zhì)子輻照下的位錯(cuò)損傷，造成器件的永久退化；另一種是在重離子和質(zhì)子輻照下造成器件的瞬時(shí)退化；即輻照損傷會(huì)使器件內(nèi)產(chǎn)生大量表面態(tài)陷阱，懸掛鍵陷阱，氧化層陷阱等；瞬時(shí)退化一般僅僅會(huì)對(duì)光電耦合器的高增益放大有較大影響，而永久退化將對(duì)光電耦合器的總體性能產(chǎn)生較大影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)航天用光電耦合器的抗輻照能力的測(cè)試和篩選的方式主要有兩種，包括：“輻照-退火”方法和多元回歸分析法；其中，輻照-退火篩選方法具體過(guò)程如圖1所示，首先對(duì)待篩選器件進(jìn)行額定劑量的輻照；然后選擇一種或者幾種靈敏電參數(shù)，在兩小時(shí)內(nèi)完成測(cè)量，篩選掉不符合要求的器件；接著進(jìn)行50％額定劑量的輻照；接著加壓退火后再次進(jìn)行電測(cè)試；最后篩選出合適的器件。這種方法具有檢測(cè)成本高、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和對(duì)器件本省具有一定的破壞性的缺陷；并且由于采用大劑量率試驗(yàn)來(lái)等效空間低劑量率輻照環(huán)境的方法，模擬結(jié)果往往不準(zhǔn)確?，F(xiàn)有技術(shù)中的多元回歸分析方法可以避免對(duì)待篩選光電耦合器的損傷，此種篩選方法的關(guān)鍵是選取輻照前的敏感參數(shù)，對(duì)輻照后器件性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)估。前者的敏感參數(shù)稱為信息參數(shù)，想要預(yù)估的輻照后器件性能參數(shù)稱為輻射性能參數(shù)。即對(duì)同一工藝制造出來(lái)的器件，通過(guò)對(duì)一定數(shù)量隨機(jī)樣品進(jìn)行輻照試驗(yàn)，找出信息參數(shù)和輻射性能參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)未輻照器件的篩選，此技術(shù)難點(diǎn)是如何選擇敏感的信息參數(shù)，既可以實(shí)現(xiàn)輻照前的抗輻照能力預(yù)測(cè)，又與器件的微觀損傷緊密聯(lián)系，通常的做法是選用輻照前電流傳輸比作為信息參數(shù)，輻照后的電流傳輸比變化量作為輻照性能參數(shù)，此種方法忽視了1/f噪聲幅值B的變化直接反映器件中的缺陷狀態(tài)的這一特征，導(dǎo)致回歸預(yù)測(cè)方程不夠準(zhǔn)確，最終影響光電耦合器的篩選的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選方法及裝置，以解決上述問(wèn)題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選方法，包括：

獲取作為隨機(jī)子樣的光電耦合器輻照前的電流傳輸比和1/f噪聲幅值；

獲取所述作為隨機(jī)子樣的光電耦合器經(jīng)過(guò)輻照后的電流傳輸比；

基于輻照前的光電耦合器的電流傳輸比和經(jīng)過(guò)輻照后的光電耦合器的電流傳輸比，計(jì)算輻照前后的電流傳輸比變化量；

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以所述噪聲幅值作為信息參數(shù)，以所述電流傳輸比變化量作為輻照性能參數(shù)，建立多元線性回歸方程，并計(jì)算線性回歸方程中的系數(shù)向量；

基于所述系數(shù)向量，建立所述信息參數(shù)和輻照性能參數(shù)之間的無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程；

利用所述無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，預(yù)測(cè)單個(gè)光電耦合器件的抗輻照性能，對(duì)同批其他光電耦合器器件進(jìn)行篩選。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中：

設(shè)置光電耦合器的偏置和負(fù)載條件；

在光電耦合器的輸出端引出噪聲信號(hào)；

對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行低噪聲的前置放大，得到前置放大信號(hào)；

采集所述前置放大信號(hào)，計(jì)算得到1/f噪聲幅值。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中：

所述利用所述無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，測(cè)試單個(gè)光電耦合器的抗輻照性能，對(duì)同批光電耦合器進(jìn)行篩選，包括：

獲取待篩選光電耦合器的1/f噪聲幅值；

基于所述1/f噪聲幅值，利用所述回歸預(yù)測(cè)方程，得到此光電耦合器的電流傳輸比變化量預(yù)測(cè)值；

將所述電流傳輸比變化量預(yù)測(cè)值和此批光電耦合器的電流傳輸比變化量容限進(jìn)行比較，如果所述預(yù)測(cè)值在此類光電耦合器的電流傳輸比變化量容限之內(nèi)，則認(rèn)為此光電耦合器為合格產(chǎn)品；反之，如果所述預(yù)測(cè)值不在此類光電耦合器的電流傳輸比變化量容限之內(nèi)，則認(rèn)為此光電耦合器為不合格產(chǎn)品。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選裝置，包括：

第一獲取單元，用于獲取作為隨機(jī)子樣的光電耦合器輻照前的電流傳輸比和1/f噪聲幅值；

第二獲取單元，用于獲取獲取所述作為隨機(jī)子樣的光電耦合器經(jīng)過(guò)輻照后的電流傳輸比；

計(jì)算單元，用于基于輻照前的光電耦合器的電流傳輸比和經(jīng)過(guò)輻照后的光電耦合器的電流傳輸比，計(jì)算輻照前后的電流傳輸比變化量；

線性回歸方程建立單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以所述噪聲幅值作為信息參數(shù)，以所述電流傳輸比變化量作為輻照性能參數(shù)，建立多元線性回歸方程，并計(jì)算線性回歸方程中的系數(shù)向量；

無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程建立單元，基于所述系數(shù)向量，建立所述信息參數(shù)和輻照性能參數(shù)之間的無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程；

測(cè)試單元，用于利用所述無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，預(yù)測(cè)單個(gè)光電耦合器件的抗輻照性能，對(duì)同批其他光電耦合器器件進(jìn)行篩選。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法以及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在對(duì)光電耦合器無(wú)損壞的前提下，進(jìn)行對(duì)光電耦合器抗輻照能力進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效的篩選出抗輻照能力強(qiáng)的光電耦合器元器件。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中“輻照-退火”方法流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選方法的方法流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的1/f噪聲幅值的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

光電耦合器輸出端的1/f噪聲來(lái)源于光敏三極管的1/f噪聲和通過(guò)發(fā)光二極管耦合的1/f噪聲，典型的光電耦合器中的1/f噪聲幅值B與輻照誘發(fā)產(chǎn)生的電流傳輸比變化量存在正比例的關(guān)系，出現(xiàn)這種關(guān)系的原因在于產(chǎn)生構(gòu)成光電耦合器噪聲的通常是由其中的雜質(zhì)和缺陷所引起的，如氧化層陷阱、雜質(zhì)缺陷、界面態(tài)陷阱等；這使得可以通過(guò)對(duì)光電耦合器的1/f噪聲幅值B進(jìn)行器件篩選。

下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)行對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)介紹。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選方法，包括如下步驟：

S201、獲取作為隨機(jī)子樣的光電耦合器輻照前的電流傳輸比CTR和1/f噪聲幅值B；

其中，1/f噪聲即功率譜密度的幅值與頻率成反比的一類噪聲，也叫閃爍噪聲(flicker noise)，是有源器件中載波密度的隨機(jī)波動(dòng)而產(chǎn)生的，其中f表示頻率；

進(jìn)行上述步驟中之前，首先需從一批光電耦合器的抽樣母體中按照簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣原則抽取n個(gè)隨機(jī)子樣，n大于等于20；測(cè)量這些隨機(jī)子樣光電耦合器的電流傳輸比CTR和1/f噪聲電壓功率譜幅值B，并記錄測(cè)試條件；

本發(fā)明測(cè)量樣品的輻照前電流傳輸比CTR采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)測(cè)試手段即可，對(duì)1/f噪聲幅值B的測(cè)試采用如圖3所示的1/f噪聲幅值噪聲電壓功率譜幅值B的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：電源、光電耦合器適配器、偏置器、低噪聲前置放大器、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)五部分；其中光電耦合器適配器和偏置器主要是根據(jù)待測(cè)器件噪聲測(cè)試的具體要求，提供偏置條件、負(fù)載條件，使之處于相應(yīng)的測(cè)試狀態(tài)；待測(cè)的噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡被送至微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理、存儲(chǔ)和打印輸出；數(shù)據(jù)采集卡采用DAQ2010數(shù)據(jù)采集卡，其最大采樣速率為2MHz，量化精度為14bit，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的采集，并保證較大的頻率范圍和測(cè)試精度；具體測(cè)量過(guò)程如下：

a、設(shè)置光電耦合器兩端的偏置電壓；

b、在光電耦合器輸出端引出噪聲信號(hào)；

c、對(duì)上述噪聲信號(hào)進(jìn)行前置放大，得到前置放大信號(hào)；

d、采集所述的前置放大信號(hào)，計(jì)算得到噪聲電壓功率譜幅值。

S202、獲取所述作為隨機(jī)子樣的光電耦合器經(jīng)過(guò)輻照后的電流傳輸比CTR`；

需要說(shuō)明的是，上述輻照實(shí)驗(yàn)的輻照的劑量率和總劑量要根據(jù)具體光電耦合器件額定輻照劑量來(lái)設(shè)定，為了模擬空間輻照環(huán)境，優(yōu)選地，劑量率設(shè)置在50到300rad(Si)/s之間，且要限制在輻照后兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成測(cè)量，以免器件退火嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果；對(duì)該輻照后的隨機(jī)子樣電流傳輸比CTR`采用下有技術(shù)中的常規(guī)手段進(jìn)行即可。

S203、基于輻照前的光電耦合器的電流傳輸比CTR和經(jīng)過(guò)輻照后的光電耦合器的電流傳輸比CTR`，計(jì)算輻照前后的電流傳輸比變化量ΔCTR，即ΔCTR＝CTR`-CTR；

S204、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以電流傳輸比變化量ΔCTR作為輻照性能參數(shù)，建立B和ΔCTR之間的多元線性回歸方程，并計(jì)算線性回歸方程中的系數(shù)向量對(duì)上述n個(gè)子樣，構(gòu)建多元線性回歸矩陣

其中：X是由輻照前的1/f噪聲幅值B的測(cè)量值構(gòu)成的已知常數(shù)矩陣，為系數(shù)向量，是殘差，和X為實(shí)測(cè)值，具體過(guò)程包括如下步驟：

步驟1、將多元線性回歸方程可進(jìn)一步展開為

其中ΔCTR₁、ΔCTR₂、...、ΔCTR_n為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣的輻照后電流傳輸比變化量；B₁、B₂、...、B_n為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣的輻照前1/f噪聲幅值B；β₀、β₁分別為常數(shù)項(xiàng)、1/f噪聲幅值B的系數(shù)；ε₁、ε₂、...、ε_n為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣的線性回歸方程的殘差。

步驟2、利用最小二乘估計(jì)方法得出信息參數(shù)的系數(shù)向量為：

其中X^l為X的轉(zhuǎn)置矩陣。

S205、基于系數(shù)向量建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)ΔCTR之間的無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程；

在給定的1-α置信度下，待篩選光電耦合器信息參數(shù)向量其中B_k為待篩選器件實(shí)測(cè)的噪聲電壓值，則其輻照后電流傳輸比變化量的無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)值為：

其中：t(1-α/2，(n-2))是自由度為n-2，分位點(diǎn)為1-α/2的t分布，

為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^l為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

MSE定義如下：

其中，SSE為方差平方和，

S206、利用上述無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能，對(duì)同批其他光電耦合器器件進(jìn)行篩選。

進(jìn)一步的，利用無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，測(cè)試單個(gè)光電耦合器的抗輻照性能，對(duì)同批光電耦合器進(jìn)行篩選，包括：

首先，測(cè)量待篩選器件的1/f噪聲幅值B，測(cè)量條件和步驟S201中的測(cè)量條件相同，把這個(gè)參數(shù)1/f噪聲幅值B帶入回歸預(yù)測(cè)方程，得到此器件的電流傳輸比變化量預(yù)測(cè)值；將此預(yù)測(cè)值和此批光電耦合器件手冊(cè)中的給出的電流傳輸比變化量容限進(jìn)行比較，如果此預(yù)測(cè)值在此批器件的電流傳輸比變化量容限之內(nèi)，則認(rèn)為該光電耦合器件通過(guò)篩選，其抗輻照性能較好，為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預(yù)測(cè)值落在此批器件的漂移容限之外，則認(rèn)為該光電耦合器件沒有通過(guò)篩選而被剔除掉。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的篩選方法與現(xiàn)有的篩選方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、篩選出來(lái)的器件是未經(jīng)過(guò)輻照的，屬于“無(wú)損篩選”，因此篩選過(guò)程不會(huì)減少器件壽命；

2、所選用的信息參數(shù)，即1/f噪聲幅值B涵蓋了光電耦合器接受輻照時(shí)電流傳輸比變化的主要產(chǎn)生因素，準(zhǔn)確度高；

3、只需測(cè)量待篩選器件的一個(gè)參數(shù)，篩選周期短，方法簡(jiǎn)單，易于使用。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種光電耦合器抗輻照能力無(wú)損篩選裝置，包括：

第一獲取單元410，用于獲取作為隨機(jī)子樣的光電耦合器輻照前的電流傳輸比和1/f噪聲幅值；

第二獲取單元420，用于獲取作為隨機(jī)子樣的光電耦合器經(jīng)過(guò)輻照后的電流傳輸比；

計(jì)算單元430，用于基于輻照前的光電耦合器的電流傳輸比和經(jīng)過(guò)輻照后的光電耦合器的電流傳輸比，計(jì)算輻照前后的電流傳輸比變化量；

線性回歸方程建立單元440，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以噪聲幅值作為信息參數(shù)，以電流傳輸比變化量作為輻照性能參數(shù)，建立多元線性回歸方程，并計(jì)算線性回歸方程中的系數(shù)向量；

無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程建立單元450，基于上述系數(shù)向量，建立信息參數(shù)和輻照性能參數(shù)之間的無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程；

測(cè)試單元460，用于利用無(wú)損篩選回歸預(yù)測(cè)方程，預(yù)測(cè)單個(gè)光電耦合器件的抗輻照性能，對(duì)同批其他光電耦合器器件進(jìn)行篩選。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。