低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法及装置与流程

本发明涉及电子电器技术领域，具体而言，涉及一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法及装置。

背景技术：

低压差线性稳压器主要是由晶体管、基准二极管、比较放大器和取样电阻构成，该器件具有负载调整率低、静态电流小、噪音低、效率高等突出优点，应用于空间辐射环境中的低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)，在空间带电粒子和各种射线的作用下，其性能会发生明显变化，其输出纹波、线性调整率、静态电流、转换效率以及噪声电压功率谱幅值等发生相应的变换；因此如何对应用于空间环境中的低压差线性稳压器进行抗辐照能力的测试，进而筛选出抗辐照能力强的脉冲宽度调试器进行使用具有十分重要的意义。

现有技术中，对航天用低压差线性稳压器的抗辐照能力的测试和筛选的方式主要采用采用“辐照-退火”方法辐照-退火筛选方法具体过程如图1所示，首先对待筛选器件进行额定剂量的辐照；然后选择一种或者几种灵敏电参数，在两小时内完成测量，筛选掉不符合要求的器件；接着进行50％额定剂量的辐照；接着加压退火后再次进行电测试；最后筛选出合适的器件；这种方法具有检测成本高、检测时间长和对器件本身具有一定的破坏性的缺陷；并且由于采用大剂量率试验来等效空间低剂量率辐照环境的方法，模拟结果往往不准确。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法及装置，以解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法，包括：

获取作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出噪声电压值及输出电压值；

获取所述作为随机子样的低压差线性稳压器经过辐照后的输出电压值；

基于所述作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出电压值和经过辐照后的输出电压值，计算得到输出电压漂移量；

以所述辐照前的输出噪声电压值作为信息参数，以所述输出电压漂移量作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；

基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个低压差线性稳压器的抗辐照性能，对同批其他低压差线性稳压器进行筛选。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：

所述获取所述作为随机子样的低压差线性稳压器的噪声电压值包括：

设置低压差线性稳压器的输入电压和负载条件；

采集低压差线性稳压器输出端的输出信号；

对所述输出信号进行前置放大，得到前置放大信号；

基于所述前置放大信号，得到噪声电压值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：

所述利用所述无损筛选回归预测方程，测试单个低压差线性稳压器的抗辐照性能，对同批低压差线性稳压器进行筛选，包括：

获取待筛选低压差线性稳压器的输出噪声电压值；

基于所述输出噪声电压值，利用所述回归预测方程，得到此低压差线性稳压器的输出电压漂移量预测值；

将所述输出电压漂移量预测值和此批低压差线性稳压器的输出电压漂移容限进行比较，如果所述预测值在此类低压差线性稳压器的输出电压漂移容限之内，则认为此低压差线性稳压器为合格产品；反之，如果所述预测值不在此类低压差线性稳压器的输出电压漂移容限之内，则认为此低压差线性稳压器为不合格产品。

第二方面，本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选装置，包括：

第一获取单元，用于获取作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出噪声电压值及输出电压值；

第二获取单元，用于获取所述作为随机子样的低压差线性稳压器经过辐照后的输出电压值；

计算单元，用于基于所述作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出电压值和经过辐照后的输出电压值，计算得到输出电压漂移量；

线性回归方程建立单元，用于以所述辐照前的输出噪声电压值作为信息参数，以所述输出电压漂移量作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；

无损筛选回归预测方程建立单元，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个低压差线性稳压器的抗辐照性能，对同批其他低压差线性稳压器进行筛选。

本发明实施例所提供的方法以及装置，能够实现在对低压差线性稳压器无损伤的前提下，进行对低压差线性稳压器抗辐照能力进行检验，进而实现准确、高效的筛选出抗辐照能力强的低压差线性稳压器元器件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了现有技术中“辐照-退火”方法流程示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法的方法流程示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的噪声电压值的测量系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施例进行对本发明技术方案的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选方法，包括如下步骤：

S201、获取作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出噪声电压值E_n及输出电压值U_o；

上述步骤前，首先从同一批低压差线性稳压器的“抽样母体”中按照简单随机抽样原则抽取n个“随机子样”；

对于大量同一工艺制造出来的低压差线性稳压器，其参数服从一定的统计分布，子样的个体与母体具有相同的分布规律。对子样进行回归分析，从中得到的概率结论可以推广到母体。在实际应用中，随机子样的个数可视母本的样品数和要求的精度来确定子样数，一般在20～30个之间；

测量这些随机子样低压差线性稳压器辐照前的噪声电压值E_n及输出电压值U_o，并记录测试条件；

本发明对噪声电压值的测量采用如图3所示的噪声电压值的测量系统，该系统包括：电源、LDO器件适配器、偏置器、低噪声前置放大器、数据采集与分析系统；其中LDO器件适配器和偏置器主要是根据待测器件噪声测试的具体要求，提供偏置条件、负载条件，使之处于相应的测试状态；待测的噪声信号经过前置放大器和数据采集卡被送至微机进行数据的分析处理、存储和打印输出；数据采集卡采用DAQ2010数据采集卡，其最大采样速率为2MHz，量化精度为14bit，以实现信号实时、快速、准确的采集，并保证较大的频率范围和测试精度；进一步的，获取作为随机子样的低压差线性稳压器的噪声电压值包括以下步骤：

设置低压差线性稳压器的输入电压和负载条件；

采集低压差线性稳压器输出端的输出信号；

对上述输出信号进行前置放大，得到前置放大信号；

基于上述前置放大信号，得到噪声电压值。

S202、获取作为随机子样的低压差线性稳压器的经过辐照后的输出电压值U′_o；

S203、基于作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出电压值U_o和经过辐照后的输出电压值U′_o，计算得到输出电压漂移量ΔU＝U′_o-U_o；

需要说明的是，因为同一批器件的输出电压分布一般呈现正态分布，所以测量辐照后的输出电压漂移量时可以选用其绝对变化量U_o′-U_o，也可以选用相对变化量不会影响筛选结果。辐照的剂量率和总剂量要根据具体低压差线性稳压器额定辐照剂量来设定，一般为了模拟空间辐照环境，剂量率应该在50到300rad(Si)/s。同时应该注意，辐照后测量阈值电压要在两个小时之内完成，以免器件退火严重影响测试结果。对该辐照后的随机子样输出电压漂移量ΔU采用常规手段进行。

S204、以辐照前的输出噪声电压值E_n作为信息参数，以输出电压漂移量ΔU作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中E_n的系数

选噪声电压值E_n为信息参数，输出电压漂移量ΔU为辐照性能参数，采用线性回归法，建立E_n和ΔU之间的线性回归方程。对上述n个子样，构建多元线性回归矩阵

其中：为辐照后输出电压的漂移，X是由辐照前的噪声电压功值E_n的测量值构成的已知常数矩阵，为系数向量，是残差；和X为实测值，计算线性回归方程中E_n的系数的具体过程如下：

步骤1、将多元线性回归方程可进一步展开为

其中ΔU₁、ΔU₂、…、ΔU_n为第1、2、…、n个随机子样的辐照后输出电压漂移量；E_n1、E_n2、…、E_nn为第1、2、…、n个随机子样的辐照前噪声电压；β₀、β₁分别为常数项、噪声电压值的系数；ε₁、ε₂、…、ε_n为第1、2、…、n个随机子样的线性回归方程的残差。

步骤2、利用最小二乘估计方法得出信息参数的系数向量为：

其中，X^T为X的转置矩阵。

S205、基于系数向量，建立信息参数E_n和辐照性能参数ΔU之间的无损筛选回归预测方程；

在给定的1-α置信度下，待筛选低压差线性稳压器信息参数向量其中E_nk为待筛选器件实测的噪声电压值，则其辐照后输出电压漂移量的无损筛选回归预测值为：

其中：t(1-α/2，(n-2))是置信度为1-α的t分布，

其中，为残差，为的转置，X^T为X的转置，为的转置；

MSE定义如下：

SSE为方差平方和，为残差

S206、利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个低压差线性稳压器的抗辐照性能，对同批其他低压差线性稳压器进行筛选。

获取待筛选低压差线性稳压器的输出噪声电压值；

基于所述输出噪声电压值，利用所述回归预测方程，得到此低压差线性稳压器的输出电压漂移量预测值；

将所述输出电压漂移量预测值和此批低压差线性稳压器的输出电压漂移容限进行比较，如果所述预测值在此类低压差线性稳压器的输出电压漂移容限之内，则认为此低压差线性稳压器为合格产品；反之，如果所述预测值不在此类低压差线性稳压器的输出电压漂移容限之内，则认为此低压差线性稳压器为不合格产品；

示例性的，对于XC6204系列输出为3.3V的低压差线性稳压器，输出电压允许范围是3.234V～3.366V。那么，首先测量待筛选器件的噪声电压功率谱幅值，按照第二步的说明和此器件的说明书，噪声电压功率谱幅值测量条件设定如下：

输入电压：U_in＝U_out+1＝4.3(V)，其中，U_out为器件标称输出电压；

负载条件：I_out＝30mA，

把待筛选器件的噪声电压测量值带入回归预测方程，得到其输出电压漂移的预测值如果输出电压的预测值即在3.234V～3.366V这个范围之内，则认为该器件符合要求，可以被选用；如果输出电压漂移的预测值超出这个范围，则认为该器件不符合要求，被筛选掉。

多元回归分析法可以避免对待筛选低压差线性稳压器的损伤，此种筛选方法的关键是选取辐照前的敏感参数，对辐照后器件性能参数进行预估，前者的敏感参数称为信息参数，想要预估的辐照后器件性能参数称为辐射性能参数，即对同一工艺制造出来的器件，通过对一定数量随机样品进行辐照试验，找出信息参数和辐射性能参数之间的函数关系，进而实现对未辐照器件的筛选；本发明实施例充分考虑了噪声参数特性、辐照与低压差线性稳压器器件内部的缺陷的密切关系，最终得到的回归预测方程能够准确的进行对元器件抗辐照能力筛选，可靠性高。

本发明实施例选用低压差线性稳压器辐照前在特定偏置下的噪声电压值作为信息参数，选用辐照后的输出电压漂移量作为辐射性能参数，选用这个参数正好呼应低压差线性稳压器辐照后管微观缺陷变化，噪声电压值与器件辐照后产生的缺陷关系密切，通过对一定数量样品进行辐照试验，找出信息参数和辐照性能参数之间的函数关系，这个函数关系也适用于同批其他器件，进而实现对未辐照器件抗辐照能力的筛选，与现有的筛选方法相比，其具有以下优点：

1、筛选出来的器件是未经过辐照的，属于“无损筛选”，因此筛选过程不会减少器件寿命；

2、所选用的信息参数，即噪声电压值，涵盖了低压差线性稳压器接受辐照时输出电压漂移的主要产生因素，准确度高；

3、只需测量待筛选器件的一个参数，筛选周期短，方法简单，易于使用。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种低压差线性稳压器抗辐照能力无损筛选装置，包括：

第一获取单元410，用于获取作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出噪声电压值及输出电压值；

第二获取单元420，用于获取作为随机子样的低压差线性稳压器经过辐照后的输出电压值；

计算单元430，用于基于所述作为随机子样的低压差线性稳压器辐照前的输出电压值和经过辐照后的输出电压值，计算得到输出电压漂移量；

线性回归方程建立单元440，用于以所述辐照前的输出噪声电压值作为信息参数，以所述输出电压漂移量作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；

无损筛选回归预测方程建立单元450，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元460、用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个低压差线性稳压器的抗辐照性能，对同批其他低压差线性稳压器进行筛选。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。