在用于太空和航空電子應用的電子設備中，故障不是一種選擇。組件必須能夠承受極端高溫、低溫、輻射、沖擊和振動，同時提供可靠的性能。為了承受這種惡劣的使用，設備必須經(jīng)過超出規(guī)定的測試，以確保在惡劣環(huán)境中的性能，以避免故障。設計組件測試程序涉及許多基本步驟，以確保可靠性和性能。

太空和航空電子應用中使用的組件和系統(tǒng)必須能夠承受極端高溫、低溫、輻射、沖擊和振動，以提供可靠的性能。通過嚴格的測試發(fā)現(xiàn)故障、缺陷和邊緣組件至關重要;這種徹底的審查使產(chǎn)品在現(xiàn)場和太空中具有長壽命和高可靠性。

圖1|部件故障原因之間可能的聯(lián)系圖。連接用實線表示，而無連接狀態(tài)用虛線表示。注定的失敗有一個內(nèi)部機制，從創(chuàng)造的那一刻起就產(chǎn)生相同的結果——以設定的速率失敗。

光纖的優(yōu)勢延伸到太空

光收發(fā)器驅(qū)動數(shù)據(jù)傳輸，將信號轉(zhuǎn)換為銅駐留格式和從銅駐留格式轉(zhuǎn)換信號。光纖電纜 （FOC） 具有高帶寬和低延遲信號，可用于惡劣的空間環(huán)境，以提供對 EM/RFI 干擾、串擾和電壓電平浪涌的抗擾度。FOC 的準確性和可靠性超過了傳統(tǒng)布線：覆蓋 1，000 英尺需要 4 磅的 FOC，而銅纜則需要 39 磅的銅線，而且光纖也比銅消耗更少的能量。為了將具有銅輸出的電路中的電信號轉(zhuǎn)換為光纖，通常需要光纖收發(fā)器。

讓我們舉一個合適的例子：支持大帶寬（高達28 Gbps/通道）的短距離并行多模光纖收發(fā)器。事實：衛(wèi)星內(nèi)通信需要高比特率;在過去的幾年里，光收發(fā)器代表了高性能技術，但在惡劣的環(huán)境中表現(xiàn)出弱點。然而，堅固耐用的密封光收發(fā)器現(xiàn)在可以承受火箭進入軌道、極端溫度和輻射。設計人員和用戶必須測試光學設備以確保質(zhì)量和可靠性。

必須運行各種測試，以確保光收發(fā)器等關鍵設備能夠在太空中提供可靠的運行，包括空間應用測試（加上輻射）、機械、環(huán)境、壽命測試、實時測試和嚴格的篩選測試，以確保后續(xù)批次的可靠性。

如何執(zhí)行五個關鍵測試

除了受控設置外，每個測試都需要在評估前后目視檢查異常情況。與測試相關的顯著性能下降被視為資格認證失敗。出于本次討論的目的，我們重點關注用于在太空或類似惡劣環(huán)境中運行的光纖收發(fā)器（FOT）的強制性測試。所有設備都需要進行機械和環(huán)境測試，以驗證長期完整性。強制性測試還包括壽命測試和現(xiàn)場測試。此類測試可以幫助根除設計或流程缺陷。最后，即使單位通過了所有測試，后續(xù)批次的每一批單位也必須經(jīng)過篩選測試。

強制性機械和環(huán)境測試

在相同的FOT上執(zhí)行三次連續(xù)的機械測試。在完成機械完整性評估之前和之后，必須在工作溫度范圍內(nèi)對單元進行目視檢查和表征，以確認沒有發(fā)生明顯的性能下降。機械完整性評估測試按以下順序在非運行單元上執(zhí)行：

所有三個軸的振動測試（20 Hz 和 2，000 Hz 之間 20 g，每軸 16 分鐘）。

在所有六個方向上重復五次的機械沖擊測試，在 0.5 ms 的半正弦脈沖持續(xù)時間上使用 500 g 沖擊。

熱沖擊測試包括 0 至 100 °C 之間的 20 個循環(huán)，停留時間為 10 分鐘，瞬態(tài)時間小于 5 秒。

FOT的三種環(huán)境壓力測試包括：

一種溫度循環(huán)測試，用于評估組件使用壽命期間的機械疲勞。例如，不同材料在熱膨脹下的不匹配會導致故障。

濕熱測試，以確保密封的FOT能夠持續(xù)提供對充滿水分的空氣的抵抗力。

執(zhí)行一系列測試，僅適用于具有與焊料回流兼容的BGA ［球柵陣列］電氣接口的產(chǎn)品。這些測試對回流曲線和低溫儲存的可能影響。

壽命測試確認產(chǎn)品使用壽命內(nèi)的可靠性

壽命測試通過對來自不同批次的多個單元進行廣泛、加速的壽命測試來驗證長期可靠性。壽命測試不用于測試前期死亡率，老化測試就足夠了。相反，壽命測試預測產(chǎn)品預期生命周期內(nèi)的性能下降。為了模擬工作 20 多年，F(xiàn)OT 在 100 °C 的外殼溫度下，在超過工作條件 80% 的偏置電流下工作 4，000 小時。

實時測試評估性能

實時測試雖然更復雜，但全面評估了幾種電氣和光學接口配置的性能。實時測試是使用高速數(shù)字信號通過被測設備（DUT）的每個通道進行操作的。當DUT受到壓力時，測量傳輸誤差以保持誤碼率（BER），在惡劣條件下工作時，誤碼率（BER）優(yōu)于1萬億位中的1個錯誤。在壓力下進行測試，F(xiàn)OT的顯著信號衰減將證明發(fā)射器和接收器區(qū)域的累積效應會影響誤差計數(shù)。

圖2|實時測試設置配置

空間應用測試

太空的一個主要威脅是輻射。輻射測試必須分為三個不同的類別進行評估，涵蓋與地球靜止或低地球軌道環(huán)境有關的潛在并發(fā)癥。每次測試至少應收集五個單位。當FOT關鍵組件從新的制造批次到達時，應重復測試。輻射測試是：

使用總非電離劑量 （TNID） 質(zhì)子（5e12 質(zhì)子/cm2 總劑量）的非操作測試。

在室溫和85°C下進行的現(xiàn)場測試，單事件效應（SEE），包括重離子（Ho，Cu，Ar，Ne，N，每個總能量為1 x 107離子/ cm2）。

伽馬射線總電離劑量 （TID）（100 krad 累積劑量）的偏倚和無偏倚測試。

必須將實時輻射測試引起的錯誤/事件數(shù)量與在可接受水平下發(fā)生的錯誤/事件數(shù)量進行比較。對于非操作測試，比較施加輻射劑量之前和之后FOT的性能，并且只能忽略不計地通過。用封裝材料密封的堅固耐用的FOT必須經(jīng)過除氣測試。現(xiàn)場熱真空測試，保持至少5 x 10-5hPa的真空至少20個熱循環(huán)，從-40°C到85°C，升溫為~5°C/分鐘，停留時間為5分鐘，也必須成功完成。其他空間應用測試包括減壓測試，也可用于鑒定航空電子應用的部件。減壓測試表明，在模擬 2，438 米或 8，000 英尺高度的壓力水平下，性能不會受到影響，在不到 15 秒的時間內(nèi)上升到 15，850 米或 52，000 英尺，并保持在那里一小時。

篩選測試確保持續(xù)的準確性

最后，完成了六個熱循環(huán)的篩選測試，這些循環(huán)以8°C/分鐘的速度上升，停留時間為5分鐘，以持續(xù)保證高質(zhì)量的商用現(xiàn)貨（COTS）設備。除熱循環(huán)外，還增加了持續(xù)時間為168小時、外殼溫度為100°C的老化，在正常偏置電流下工作。在新的FOT設計通過上述測試合格后，后續(xù)生產(chǎn)批次的單元將通過篩選過程進行驗證。溫度循環(huán)測試傾向于揭示裝配缺陷，而老化測試顯示嬰兒死亡率。

由于太空、航空電子設備和國防等應用中的故障是不可接受的，因此這些領域使用的組件和系統(tǒng)必須承受極熱、極冷、輻射、沖擊和振動，以提供可靠的性能。通過嚴格的測試發(fā)現(xiàn)故障、缺陷和邊緣組件至關重要，這可以使產(chǎn)品在現(xiàn)場和太空中具有長壽命和高可靠性。通過旨在證明惡劣環(huán)境中可靠性的五項關鍵測試，光纖收發(fā)器滿足或超過操作要求。對于許多關鍵應用程序，這種保證通常比節(jié)省成本的考慮更重要。

審核編輯：郭婷