专利名称：一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法
技术领域：
本发明提供了一种中频对数放大器的寿命预测方法，特别涉及一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，属于电子产品的寿命预测技术领域。
背景技术：
目前，工程实际中主要采用GJB/Z 299C(我国军标-电子设备可靠性预测手册) 以及MIL-HDBK_217F(美国军标-电子设备可靠性预计)来对电子产品/设备的失效率进行预计。这种基于标准或手册的方法，是一种以大量的失效统计数据(包括现场或试验室统计)为基础的概率统计方法，其正确性受到越来越多的质疑。同时，由于电子产品本身结构的复杂性，及其发展速度远远大于失效数据的统计速度，存在着标准或手册中没有提供相关数据对某些电子产品进行预计的问题。此外，基于标准或手册的方法只能对失效率进行预测，而无法对电子产品经历了包括环境在内的寿命环境周期后的寿命进行精确地预测。中频对数放大器是一种输入输出信号幅度成对数关系的放大器，它有三个特点 第一，输入输出信号幅度成对数关系，在对数精度范围内呈一一对应关系；第二，实现输入信号动态压缩，把大动态的输入信号压缩为小动态范围的输出信号，呈现增益自动控制特性，具有抗过载能力；第三，对信号进行瞬时处理。高性能对数放大器在雷达、电子对抗、通信等领域的应用十分广泛。在雷达接收机、预警侦察雷达、红外激光雷达、相控阵雷达、直检式接收机、高速通道接收激光测距接收机、声纳系统地洞识别、敌我识别系统激光制导、弹头引信、通信接收机、导航中都得到应用。所以开展基于失效物理的中频对数放大器寿命预测，就可以在时效发生前告知使用者采用相应的措施，从而避免遭受无法弥补的损失。
发明内容
1、目的为达到上述目的，本发明提供了一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，它克服了现有技术的不足，可以对中频放大器的寿命耗损、产品在剩余寿命的可靠度以及失效概率进行预测，根据预测的结果在时效发生前告知使用者采用相应的措施，从而避免遭受无法弥补的损失。2、技术方案本发明一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其步骤如下，其关系图如
图1所示步骤一，对中频对数放大器类电子产品的失效模型等失效信息以及产品的结构工艺等器件信息进行归类分析，确定潜在的失效机理及其失效物理模型，并对其失效物理模型进行适当的推导；步骤二，确定影响失效机理的环境应力从推导后的失效物理模型中和中频对数放大器的贮存和使用环境中可以得出影响失效机理的主要环境应力为温度。步骤三，通过加速老化试验修正推导后的失效物理模型中涉及的相关参数，主要包括失效物理的激活能。
步骤四，对产品经历的寿命周期内的环境应力进行监测和记录一般地，需要借助各种环境应力传感器(如温度传感器)等，采取人工或自动方法获得。步骤五，利用已经确定的失效物理模型，计算不同应力水平下的预计失效前时间 (TTF)一般地，产品的失效物理模型即直接表示了 TTF与各类参数之间的函数关系，在确定了模型中的相关参数后就可直接得到对应于不同应力水平的不同TTF值，根据损伤定义，分别计算产品在每个应力水平下由于不同失效机理而造成的寿命损伤；步骤六，对不同失效机理下的产品剩余寿命进行预测，并对中频对数放大器进行可靠性分析，得出其失效率和可靠度；其中，在步骤一中所述的“确定潜在的失效机理及其失效物理模型，并对其失效物理模型进行适当的推导”，其具体实现的过程如下根据大量公开发表的文献、报告等获得可以获得中频对数放大器的薄弱环节是 GaAs三极管，GaAs三极管的主要失效机理是栅金属下沉。现建立其失效物理模型且Δ7而=(1)
Kl由于Idss的变化很难测量，现建立栅金属下沉引起的退化导致^iss的变化而导致中频对数放大器器功率增益的关系，便于实验数据的测量。中频对数放大器的原理结构图如如图2所示。由放大器基本构造可得到功率增益与输出Utl，I0的关系，进而由Itl与t的关系可得到G与t的关系。由分贝定义知G = 101ogPL/Pin(2)G = 101ogPL-101ogPin(3)其中&为输出功率，Pin为输入功率，G为功率增益，单位dB。则可得到
权利要求
1.一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一对中频对数放大器类电子产品失效模型的失效信息以及产品结构工艺的器件信息进行归类分析，确定潜在的失效机理及其失效物理模型，并对其失效物理模型进行推导；步骤二 确定影响失效机理的环境应力；从推导后的失效物理模型中和中频对数放大器的贮存和使用环境中得出影响失效机理的主要环境应力为温度；步骤三通过加速老化试验修正推导后的失效物理模型中涉及的相关参数； 步骤四借助环境应力传感器对产品经历的寿命周期内的环境应力进行监测和记录； 步骤五利用已经确定的失效物理模型，计算不同应力水平下的预计失效前时间即 TTF，产品的失效物理模型即直接表示了 TTF与各类参数之间的函数关系，在确定了模型中的相关参数后就直接得到对应于不同应力水平的不同TTF值，根据损伤定义，分别计算产品在每个应力水平下由于不同失效机理而造成的寿命损伤；步骤六对不同失效机理下的产品剩余寿命进行预测，并对中频对数放大器进行可靠性分析，得出其失效率和可靠度。
2.根据权利要求1所述的一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其特征在于步骤一中所述的“确定潜在的失效机理及其失效物理模型，并对其失效物理模型进行推导”，其具体实现的过程如下中频对数放大器的薄弱环节是GaAs三极管，GaAs三极管的主要失效机理是栅金属下沉，现建立其失效物理模型
3.根据权利要求1所述的一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其特征在于步骤三中所述的“通过加速老化试验修正推导后的失效物理模型中涉及的相关参数”，其具体实现的过程如下采用单一水平的恒高温加速试验实现对器件不同退化过程的加速；参考环境试验方法国军标，考虑受试样品的极限工作和储存温度范围、各类器件失效机理保持不变的温度条件，确定恒高温试验的温度值为100士 rc ；根据上述试验要求，制定的试验剖面图，进行恒高温应力施加，加电测试模拟；根据试验数据拟合，得到失效物理模型的修正激活能参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其特征在于步骤五中所述的损伤定义为产品工作于一定的应力水平下会产生一定量的损伤，损伤的程度与在这样下的应力水平下整个持续时间以及在这样的应力水平下正常产品发生失效所需要总时间相关，及不同应力水平下的损伤百分比近似由该应力水平下产品的实际工作时间同该应力水平下预计的产品失效前时间的比值来确定，其具体实现的过程如下根据产品工作环境应力和贮存环境应力，得出产品的全寿命周期载荷，根据式(17)，得出各个温度环境应力下的产品的失效前时间即TFF，根据各个温度下的工作或者贮存时间应力得出各个环境周期载荷的寿命耗损，得出剩余的产品寿命耗损。
5.根据权利要求1所述的一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，其特征在于步骤六中所述的“对不同失效机理下的产品剩余寿命进行预测，并对中频对数放大器进行可靠性分析，得出其失效率和可靠度”，其具体实现的过程如下以贮存期内的1年为周期，在计算中频对数放大器失效概率时，做如下假设1)假设贮存期每年的1-12月内，每个月温度恒定，值为中央气象局发布的月平均温度；2)假设中频对数放大器失效在每年的1-12月的每个月内服从指数分布，而整体分布为每月、每年指数分布的混合分布，仍为指数分布；根据中频对数放大器的加速试验数据，获得中频对数放大器的指数分布并计算失效概率，其具体实现的过程如下1)利用试验数据获得中频对数放大器的退化曲线；2)获得各中频对数放大器的失效时间；3)拟合试验温度100°C时指数分布；4)获得贮存期内每月平均温度下的指数分布；5)获得中频对数放大器失效的多重指数混合分布；6)求未来中频对数放大器的失效概率。
全文摘要
一种基于失效物理的中频对数放大器的寿命预测方法，它有六大步骤一、对中频对数放大器类电子产品失效模型的失效信息以及产品结构工艺的器件信息进行分析，确定潜在的失效机理及其失效物理模型；二、确定影响失效机理的环境应力；三、通过加速老化试验修正推导后的失效物理模型中涉及的相关参数；四、借助环境应力传感器对产品经历的寿命周期内的环境应力进行监测和记录；五、利用已经确定的失效物理模型，计算不同应力水平下的预计失效前时间即TTF，根据损伤定义，分别计算产品在每个应力水平下由于不同失效机理而造成的寿命损伤；六、对不同失效机理下的产品剩余寿命进行预测，并对中频对数放大器进行可靠性分析，得出其失效率和可靠度。
文档编号G01R31/00GK102520274SQ201110385589
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者周正, 杨洪旗, 洪晟, 陶文辉 申请人:北京航空航天大学