电阻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，涉及一种电阻器抗辐照能力无损筛选方法及装置。

背景技术：

对应用于太空环境的电阻器，往往要受到太空环境的各种辐射干扰，包括空间辐射、电磁辐射和α粒子辐射，并且由于空间设备在太空中处于无法维修状态，要求其电子元器件具备寿命长的特点；因此对于空间设备所用电子元器件的可靠性要求远比在其它电子系统中的要求更为苛刻，由于上述原因，必须在上机前或者发射前对航天用电阻器的抗辐射能力进行有效的检测、评价和筛选。

现有技术中，对航天用电阻器的抗辐照能力的测试和筛选的方式主要有两种，包括：“辐照-退火”方法和多元回归分析法；其中，辐照-退火筛选方法都采用美军标MIL-STD-883D给出的具体的实验方法，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。现有技术中的多元回归分析方法的技术难点是如何选择敏感的信息参数，既可以实现辐照前的抗辐照能力预测，又与器件的微观损伤紧密联系，通常的做法是选用辐照前电阻值漂移作为信息参数，辐照后的电阻值漂移作为辐照性能参数，此种方法忽视了噪声幅值B的变化直接反映器件中的缺陷状态的这一特征，导致回归预测方程不够准确，最终影响电阻器的筛选的准确性和可靠性。

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电阻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电阻器抗辐照能力无损筛选方法，包括：

获取作为随机子样的电阻器辐照前的电阻值和1/f噪声电压功率谱幅值；

获取所述作为随机子样的电阻器经过辐照后的电阻值；

基于辐照前的电阻器的电阻值和经过辐照后的电阻器的电阻值，计算辐照前后的电阻值漂移量；

对数据进行预处理，以所述1/f噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述电阻值漂移量作为辐照性能参数，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，预测单个电阻器件的抗辐照性能，对同批其他电阻器器件进行筛选。

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：

所述获取随机子样电阻器的1/f噪声电压功率谱幅值包括：

设置电阻器两端的偏置电流；

在电阻器输出端引出噪声信号；

对所述噪声信号进行前置放大，得到前置放大信号；

采集所述前置放大信号，计算得到1/f噪声电压功率谱幅值。

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，测试单个电阻器的抗辐照性能，对同批电阻器进行筛选，包括：

获取待筛选电阻器的电阻值和低频噪声幅值；

基于所述电阻值和低频噪声幅值，利用所述回归预测方程，得到此电阻器的电阻值漂移量预测值；

将所述电阻值漂移量预测值和此批电阻器的电阻漂移容限进行比较，如果所述预测值在此类电阻器的电阻值漂移容限之内，则认为此电阻器为合格产品；反之，如果所述预测值不在此类电阻器的电阻值漂移容限之内，则认为此电阻器为不合格产品。

第二方面，本发明实施例提供了一种电阻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电阻器辐照前的电阻值和1/f噪声电压功率谱幅值；

第二获取单元，用于获取所述作为随机子样的电阻器经过辐照后的电阻值；

计算单元，用于基于辐照前的电阻器的电阻值和经过辐照后的电阻器的电阻值，计算辐照前后的电阻值漂移量；

线性回归方程建立单元，对数据进行预处理，以所述1/f噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述电阻值漂移量作为辐照性能参数，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、1/f噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元，用于预测单个电阻器件的抗辐照性能，对同批其他电阻器器件进行筛选。

本发明实施例所提供的方法以及装置，能够实现在对电阻器无损坏的前提下，进行对电阻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电阻器元器件。

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电阻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1/f噪声电压功率谱幅值B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电阻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。

对于应用于航天系统的电阻器件，从微观机制上分析可得的，电阻值的变化与其载流子数N和载流子迁移率的变化关系密切，噪声幅值B的变化直接反映器件中的缺陷状态。噪声幅值随辐照剂量的增加相应增大，表明随辐照剂量的增多，器件产生的缺陷增多即造成的损伤也就越严重。但是现有的电阻器筛选方法没有选取与器件缺陷变化关系密切的信息参数，这必然导致回归预测方程的不够精确，使筛选出来的器件中可能包含有具有缺陷的器件；基于此，本发明实施例所提供的方法能够在做到对电阻器无损伤的前提下，通过使用噪声幅值这一参数进行回归分析，提高了测试准确度，保证被筛选电阻器元器件的可靠性。

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电阻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电阻器辐照前的电阻值R和1/f噪声电压功率谱幅值B；

进行上述步骤中之前，首先需从一批电阻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，n大于等于20；测量这些随机子样电阻器的电阻值R和1/f噪声电压功率谱幅值B，并记录测试条件；

上述获取随机子样电阻器的1/f噪声电压功率谱幅值B包括如下步骤：

a、设置电阻器两端的偏置电压；

b、在电阻器输出端引出噪声信号；

c、对上述噪声信号进行前置放大，得到前置放大信号；

d、采集所述的前置放大信号，计算得到1/f噪声电压功率谱幅值。

S202、获取所述作为随机子样的电阻器经过辐照后的电阻值R′；

需要说明的是，上述辐照实验的辐照的剂量率和总剂量要根据具体电阻器件额定辐照剂量来设定，为了模拟空间辐照环境，优选地，剂量率设置在50到300rad(Si)/s之间，且要限制在辐照后两个小时之内完成测量，以免器件退火严重影响测试结果。

S203、基于辐照前的电阻器的电阻值R和经过辐照后的电阻器的电阻值R′，计算辐照前后的电阻值漂移量：ΔR＝R′-R；；

S204、对数据进行预处理，以1/f噪声电压功率谱幅值B作为信息参数，以电阻值漂移量ΔR作为辐照性能参数，建立B和ΔR之间的多元线性回归方程：并计算线性回归方程中的系数向量其中，X为信息参数B构成的矩阵，是残差；

进一步的，计算多元线性回归方程中的系数向量按如下过程进行：

步骤1、将上述多元线性回归方程可进一步展开为：

其中，ΔR₁、ΔR₂、...、ΔR_n为第1、2、...、n个随机子样的辐照后电阻值漂移量；

B₁、B₂、...、B_n为第1、2、...、n个随机子样的辐照前噪声幅值；β₀为常数项、β₁为噪声幅值的系数；

ε₁、ε₂、...、ε_n为第1、2、...、n个随机子样线性回归方程的残差；

步骤2、利用最小二乘估计法估计出信息参数的系数向量为：

X^T为X的转置矩阵。

S205、基于系数向量，建立信息参数B和辐照性能参数ΔR之间的无损筛选回归预测方程：其中，为测量值对应的电阻值漂移量的预测值，

t(1-α/2，(n-2))是置信度为1-α的t分布，

为残差，X是由B构成的常数矩阵，为待筛选器件的参数向量，ε^l、X^l、分别为ε和X的转置。

在给定的1-α置信度下，待筛选电阻器件信息参数向量其中B为待筛选器件实测的噪声幅值，则其辐照后电阻值漂移量的无损筛选回归预测值为：

其中：t(1-α/2，(n-2))是自由度为n-2，分位点为1-α/2的t分布，

MSE定义如下：

SSE为方差平方和，为残差，

S206、利用上述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他电阻器器件进行筛选。

进一步的，利用无损筛选回归预测方程，测试单个电阻器的抗辐照性能，对同批电阻器进行筛选，包括：

首先，测量待筛选器件的噪声幅值B，测量条件和步骤S201中的测量条件相同，把这个参数带入回归预测方程，得到此器件的电阻漂移预测值。将此预测值和此批电阻器件手册中的给出的电阻值漂移容限值进行比较，如果此预测值在此批器件的漂移容限之内，则认为该电阻器件通过筛选，为合格产品；反之，如果得到的预测值落在此批器件的漂移容限之外，则认为该电阻器件没有通过筛选而被剔除掉。

需要说明的是，本发明对噪声幅值B的测试采用如图3所示的1/f噪声电压功率谱幅值B的测量系统，该系统包括：电源、被测电阻器适配器、偏置器、低噪声前置放大器和数据采集与分析系统；其中，被测电阻器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数据采集与分析系统的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。

本发明实施例所提供的筛选方法选用电阻器件辐照前的1/f噪声幅值作为辐照敏感参数即信息参数，选用辐照后电阻值漂移量作为辐照退化参数即辐照性能参数，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；选用电阻器件辐照前的1/f噪声谱幅值这个参数全面反映了电阻器件辐照后电阻值漂移的两个影响因素：载流子数N涨落和迁移率u涨落，即用1/f噪声电压功率谱幅值表征载流子数N和迁移率u涨落对器件抗辐照能力影响；与现有的筛选方法相比，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、由于改选了将1/f噪声电压功率谱幅值B作为信息参数，使所测量的信息参数涵盖了电阻器件辐照时电阻值漂移的两个因素，因而筛选准确度更高；

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电阻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电阻器辐照前的电阻值和1/f噪声电压功率谱幅值；

第二获取单元420，用于获取作为随机子样的电阻器经过辐照后的电阻值；

计算单元430，用于基于辐照前的电阻器的电阻值和经过辐照后的电阻器的电阻值，计算辐照前后的电阻值漂移量；

线性回归方程建立单元440，对数据进行预处理，以1/f噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以电阻值漂移量作为辐照性能参数，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，用于基于系数向量，建立信息参数、1/f噪声电压功率谱幅值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，用于预测单个电阻器件的抗辐照性能，对同批其他电阻器器件进行筛选。

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。