電阻器抗輻照能力無損篩選方法及裝置與流程
本發明涉及電子電器技術領域，具體而言，涉及一種電阻器抗輻照能力無損篩選方法及裝置。
背景技術：
對應用于太空環境的電阻器，往往要受到太空環境的各種輻射干擾，包括空間輻射、電磁輻射和α粒子輻射，并且由于空間設備在太空中處于無法維修狀態，要求其電子元器件具備壽命長的特點；因此對于空間設備所用電子元器件的可靠性要求遠比在其它電子系統中的要求更為苛刻，由于上述原因，必須在上機前或者發射前對航天用電阻器的抗輻射能力進行有效的檢測、評價和篩選。
現有技術中，對航天用電阻器的抗輻照能力的測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-退火篩選方法都采用美軍標MIL-STD-883D給出的具體的實驗方法，具體過程如圖1所示，首先對待篩選器件進行額定劑量的輻照；然后選擇一種或者幾種靈敏電參數，在兩小時內完成測量，篩選掉不符合要求的器件；接著進行50％額定劑量的輻照；接著加壓退火后再次進行電測試；最后篩選出合適的器件。這種方法具有檢測成本高、檢測時間長和具有一定的破壞性的缺陷；并且由于采用大劑量率試驗來等效空間低劑量率輻照環境的方法，模擬結果往往不準確。現有技術中的多元回歸分析方法的技術難點是如何選擇敏感的信息參數，既可以實現輻照前的抗輻照能力預測，又與器件的微觀損傷緊密聯系，通常的做法是選用輻照前電阻值漂移作為信息參數，輻照后的電阻值漂移作為輻照性能參數，此種方法忽視了噪聲幅值B的變化直接反映器件中的缺陷狀態的這一特征，導致回歸預測方程不夠準確，最終影響電阻器的篩選的準確性和可靠性。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種電阻器抗輻照能力無損篩選方法及裝置，以解決上述問題。
第一方面，本發明實施例提供了一種電阻器抗輻照能力無損篩選方法，包括：
獲取作為隨機子樣的電阻器輻照前的電阻值和1/f噪聲電壓功率譜幅值；
獲取所述作為隨機子樣的電阻器經過輻照后的電阻值；
基于輻照前的電阻器的電阻值和經過輻照后的電阻器的電阻值，計算輻照前后的電阻值漂移量；
對數據進行預處理，以所述1/f噪聲電壓功率譜幅值作為信息參數，以所述電阻值漂移量作為輻照性能參數，建立多元線性回歸方程，并計算線性回歸方程中的系數向量；
基于所述系數向量，建立所述信息參數和輻照性能參數之間的無損篩選回歸預測方程；
利用所述無損篩選回歸預測方程，預測單個電阻器件的抗輻照性能，對同批其他電阻器器件進行篩選。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中：
所述獲取隨機子樣電阻器的1/f噪聲電壓功率譜幅值包括：
設置電阻器兩端的偏置電流；
在電阻器輸出端引出噪聲信號；
對所述噪聲信號進行前置放大，得到前置放大信號；
采集所述前置放大信號，計算得到1/f噪聲電壓功率譜幅值。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中：
所述利用所述無損篩選回歸預測方程，測試單個電阻器的抗輻照性能，對同批電阻器進行篩選，包括：
獲取待篩選電阻器的電阻值和低頻噪聲幅值；
基于所述電阻值和低頻噪聲幅值，利用所述回歸預測方程，得到此電阻器的電阻值漂移量預測值；
將所述電阻值漂移量預測值和此批電阻器的電阻漂移容限進行比較，如果所述預測值在此類電阻器的電阻值漂移容限之內，則認為此電阻器為合格產品；反之，如果所述預測值不在此類電阻器的電阻值漂移容限之內，則認為此電阻器為不合格產品。
第二方面，本發明實施例提供了一種電阻器抗輻照能力無損篩選裝置，
包括：
第一獲取單元，用于獲取作為隨機子樣的電阻器輻照前的電阻值和1/f噪聲電壓功率譜幅值；
第二獲取單元，用于獲取所述作為隨機子樣的電阻器經過輻照后的電阻值；
計算單元，用于基于輻照前的電阻器的電阻值和經過輻照后的電阻器的電阻值，計算輻照前后的電阻值漂移量；
線性回歸方程建立單元，對數據進行預處理，以所述1/f噪聲電壓功率譜幅值作為信息參數，以所述電阻值漂移量作為輻照性能參數，建立多元線性回歸方程，并計算線性回歸方程中的系數向量；
無損篩選回歸預測方程建立單元，用于基于所述系數向量，建立所述信息參數、1/f噪聲電壓功率譜幅值和輻照性能參數之間的無損篩選回歸預測方程；
測試單元，用于預測單個電阻器件的抗輻照性能，對同批其他電阻器器件進行篩選。
本發明實施例所提供的方法以及裝置，能夠實現在對電阻器無損壞的前提下，進行對電阻器抗輻照能力進行檢驗，進而實現準確、高效的篩選出抗輻照能力強的電阻器元器件。
為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1示出了現有技術中“輻照-退火”方法流程示意圖；
圖2示出了本發明實施例所提供的一種電阻器抗輻照能力無損篩選方法的方法流程示意圖；
圖3示出了本發明實施例所提供的1/f噪聲電壓功率譜幅值B的測量系統的結構示意圖；
圖4示出了本發明實施例所提供的一種電阻器抗輻照能力無損篩選裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
對于應用于航天系統的電阻器件，從微觀機制上分析可得的，電阻值的變化與其載流子數N和載流子遷移率的變化關系密切，噪聲幅值B的變化直接反映器件中的缺陷狀態。噪聲幅值隨輻照劑量的增加相應增大，表明隨輻照劑量的增多，器件產生的缺陷增多即造成的損傷也就越嚴重。但是現有的電阻器篩選方法沒有選取與器件缺陷變化關系密切的信息參數，這必然導致回歸預測方程的不夠精確，使篩選出來的器件中可能包含有具有缺陷的器件；基于此，本發明實施例所提供的方法能夠在做到對電阻器無損傷的前提下，通過使用噪聲幅值這一參數進行回歸分析，提高了測試準確度，保證被篩選電阻器元器件的可靠性。
下面通過具體實施例進行對本發明技術方案的詳細介紹。
如圖1所示，本發明實施例提供了一種電阻器抗輻照能力無損篩選方法，包括如下步驟：
S201、獲取作為隨機子樣的電阻器輻照前的電阻值R和1/f噪聲電壓功率譜幅值B；
進行上述步驟中之前，首先需從一批電阻器的抽樣母體中按照簡單隨機抽樣原則抽取n個隨機子樣，n大于等于20；測量這些隨機子樣電阻器的電阻值R和1/f噪聲電壓功率譜幅值B，并記錄測試條件；
上述獲取隨機子樣電阻器的1/f噪聲電壓功率譜幅值B包括如下步驟：
a、設置電阻器兩端的偏置電壓；
b、在電阻器輸出端引出噪聲信號；
c、對上述噪聲信號進行前置放大，得到前置放大信號；
d、采集所述的前置放大信號，計算得到1/f噪聲電壓功率譜幅值。
S202、獲取所述作為隨機子樣的電阻器經過輻照后的電阻值R′；
需要說明的是，上述輻照實驗的輻照的劑量率和總劑量要根據具體電阻器件額定輻照劑量來設定，為了模擬空間輻照環境，優選地，劑量率設置在50到300rad(Si)/s之間，且要限制在輻照后兩個小時之內完成測量，以免器件退火嚴重影響測試結果。
S203、基于輻照前的電阻器的電阻值R和經過輻照后的電阻器的電阻值R′，計算輻照前后的電阻值漂移量：ΔR＝R′-R；；
S204、對數據進行預處理，以1/f噪聲電壓功率譜幅值B作為信息參數，以電阻值漂移量ΔR作為輻照性能參數，建立B和ΔR之間的多元線性回歸方程：并計算線性回歸方程中的系數向量其中，X為信息參數B構成的矩陣，是殘差；
進一步的，計算多元線性回歸方程中的系數向量按如下過程進行：
步驟1、將上述多元線性回歸方程可進一步展開為：
其中，ΔR1、ΔR2、...、ΔRn為第1、2、...、n個隨機子樣的輻照后電阻值漂移量；
B1、B2、...、Bn為第1、2、...、n個隨機子樣的輻照前噪聲幅值；β0為常數項、β1為噪聲幅值的系數；
ε1、ε2、...、εn為第1、2、...、n個隨機子樣線性回歸方程的殘差；
步驟2、利用最小二乘估計法估計出信息參數的系數向量為：
XT為X的轉置矩陣。
S205、基于系數向量，建立信息參數B和輻照性能參數ΔR之間的無損篩選回歸預測方程：其中，為測量值對應的電阻值漂移量的預測值，
t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，
為殘差，X是由B構成的常數矩陣，為待篩選器件的參數向量，εl、Xl、分別為ε和X的轉置。
在給定的1-α置信度下，待篩選電阻器件信息參數向量其中B為待篩選器件實測的噪聲幅值，則其輻照后電阻值漂移量的無損篩選回歸預測值為：
其中：t(1-α/2，(n-2))是自由度為n-2，分位點為1-α/2的t分布，
MSE定義如下：
SSE為方差平方和，為殘差，
S206、利用上述無損篩選回歸預測方程，預測單個器件的抗輻照性能，對同批其他電阻器器件進行篩選。
進一步的，利用無損篩選回歸預測方程，測試單個電阻器的抗輻照性能，對同批電阻器進行篩選，包括：
首先，測量待篩選器件的噪聲幅值B，測量條件和步驟S201中的測量條件相同，把這個參數帶入回歸預測方程，得到此器件的電阻漂移預測值。將此預測值和此批電阻器件手冊中的給出的電阻值漂移容限值進行比較，如果此預測值在此批器件的漂移容限之內，則認為該電阻器件通過篩選，為合格產品；反之，如果得到的預測值落在此批器件的漂移容限之外，則認為該電阻器件沒有通過篩選而被剔除掉。
需要說明的是，本發明對噪聲幅值B的測試采用如圖3所示的1/f噪聲電壓功率譜幅值B的測量系統，該系統包括：電源、被測電阻器適配器、偏置器、低噪聲前置放大器和數據采集與分析系統；其中，被測電阻器適配器和偏置器主要是根據待測器件噪聲測試的具體要求，提供偏置條件、負載條件，使之處于相應的測試狀態；待測的噪聲信號經過前置放大器和數據采集卡被送至數據采集與分析系統的微機進行數據的分析處理、存儲和打印輸出；數據采集卡采用DAQ2010數據采集卡，其最大采樣速率為2MHz，量化精度為14bit，以實現信號實時、快速、準確的采集，并保證較大的頻率范圍和測試精度。
本發明實施例所提供的篩選方法選用電阻器件輻照前的1/f噪聲幅值作為輻照敏感參數即信息參數，選用輻照后電阻值漂移量作為輻照退化參數即輻照性能參數，通過對一定數量樣品進行輻照試驗，找出信息參數和輻照性能參數之間的函數關系，這個函數關系也適用于同批其他器件，進而實現對未輻照器件抗輻照能力的篩選；選用電阻器件輻照前的1/f噪聲譜幅值這個參數全面反映了電阻器件輻照后電阻值漂移的兩個影響因素：載流子數N漲落和遷移率u漲落，即用1/f噪聲電壓功率譜幅值表征載流子數N和遷移率u漲落對器件抗輻照能力影響；與現有的篩選方法相比，具有以下優點：
1、篩選出來的器件是未經過輻照的，屬于“無損篩選”，因此篩選過程不會減少器件壽命；
2、由于改選了將1/f噪聲電壓功率譜幅值B作為信息參數，使所測量的信息參數涵蓋了電阻器件輻照時電阻值漂移的兩個因素，因而篩選準確度更高；
3、只需測量待篩選器件的一個參數，篩選周期短，方法簡單，易于使用。
如圖4所示，本發明實施例還提供了一種電阻器抗輻照能力無損篩選裝置，包括：
第一獲取單元410，用于獲取作為隨機子樣的電阻器輻照前的電阻值和1/f噪聲電壓功率譜幅值；
第二獲取單元420，用于獲取作為隨機子樣的電阻器經過輻照后的電阻值；
計算單元430，用于基于輻照前的電阻器的電阻值和經過輻照后的電阻器的電阻值，計算輻照前后的電阻值漂移量；
線性回歸方程建立單元440，對數據進行預處理，以1/f噪聲電壓功率譜幅值作為信息參數，以電阻值漂移量作為輻照性能參數，建立多元線性回歸方程，并計算線性回歸方程中的系數向量；
無損篩選回歸預測方程建立單元450，用于基于系數向量，建立信息參數、1/f噪聲電壓功率譜幅值和輻照性能參數之間的無損篩選回歸預測方程；
測試單元460，用于預測單個電阻器件的抗輻照性能，對同批其他電阻器器件進行篩選。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
所述功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
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