四款5407系列六緩沖器測(cè)試分析*

郭晗 廖勇 陳龍

（航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)中心 北京 100854）

1 引言

隨著元器件種類(lèi)日益增多，產(chǎn)品系列不斷完善，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)師使用需求的同時(shí)，也帶來(lái)了新的問(wèn)題，如何在同系列相似產(chǎn)品中選取更為合適的型號(hào)規(guī)格，達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量與可靠性和應(yīng)用適應(yīng)性要求［1］。元器件生產(chǎn)廠(chǎng)家一般根據(jù)元器件類(lèi)型，依據(jù)有關(guān)的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等制定相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行元器件的性能考核試驗(yàn)，試驗(yàn)通過(guò)即可認(rèn)定產(chǎn)品合格進(jìn)而供貨［2］。但是上面提到的標(biāo)準(zhǔn)都是通用標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、合格判據(jù)與實(shí)際使用要求還存在一定差距［3～9］。

已經(jīng)完成研制的元器件在應(yīng)用推廣中，由于器件手冊(cè)內(nèi)容有限，設(shè)計(jì)師無(wú)法全面深入的了解器件特性，有可能選用不當(dāng)，出現(xiàn)“不好用”、“用不好”，甚至是“不敢用”等問(wèn)題［10］，制約了新研元器件的推廣使用［11～12］。因此本文針對(duì)四款 5407六緩沖器進(jìn)行器件級(jí)和板卡級(jí)測(cè)試，設(shè)計(jì)制作通用數(shù)字電路板卡級(jí)功能驗(yàn)證系統(tǒng)。得出的功能性能、關(guān)鍵參數(shù)、應(yīng)用適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果可以指導(dǎo)元器件選型，提高器件的使用可靠性，為設(shè)計(jì)師改變?cè)骷庋b調(diào)整產(chǎn)品集成度、產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化等情況提供參考。

2 5407系列六緩沖器器件級(jí)測(cè)試

2.1 功能性能測(cè)試

功能測(cè)試的目的是確認(rèn)被測(cè)器件的邏輯功能是否符合要求。被測(cè)樣品如下：

表1 測(cè)試樣品列表

5407系列六緩沖器管腳定義：

表2 5407系列六緩沖器管腳定義

測(cè)試參數(shù)及條件如下：

功能測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試向量通過(guò)Pin14管腳提供器件工作的電源，通過(guò)Pin1、Pin3、Pin5、Pin9、Pin11，Pin13引腳輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò) Pin2、Pin4、Pin6、Pin8、Pin10、Pin12管腳的輸出判定是pass/fail。

每個(gè)規(guī)格選取四只器件，在25℃、-55℃、125℃溫度條件下，分別提供4.5V、5V、5.5V電源電壓進(jìn)行功能性能測(cè)試，結(jié)果表明器件各項(xiàng)功能性能測(cè)試合格。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)特性曲線(xiàn)測(cè)試

電源電流反映被測(cè)器件的功耗，延遲時(shí)間體現(xiàn)被測(cè)器件的時(shí)序特性。每個(gè)規(guī)格選取四只器件，在不同溫度、電源電壓條件下，針對(duì)電源電流（ICCH和ICCL）、延遲時(shí)間（tPHL和tPLH）兩類(lèi)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，各規(guī)格取四只器件測(cè)試結(jié)果平均值繪制特性曲線(xiàn)如下。

1）tPHL-工作溫度特性曲線(xiàn)

圖1 tPHL-工作溫度特性曲線(xiàn)

tPHL隨溫度升高不斷增大，在兩個(gè)極限工作溫度條件下，A-5407的tPHL值最大。

2）tPLH-工作溫度特性曲線(xiàn)

圖2 tPLH-工作溫度特性曲線(xiàn)

tPLH隨溫度升高緩慢增大，A-5407的tPLH值增大明顯，由6ns上升至14ns。

3）tPHL-電源電壓特性曲線(xiàn)

圖3 tPHL-電源電壓特性曲線(xiàn)

隨電源電壓升高，A-5407、D-5407的tPHL值緩慢減小，C-5407的tPHL值線(xiàn)性增大，B-5407的tPHL值無(wú)明顯變化。

4）tPLH-電源電壓特性曲線(xiàn)

tPLH隨電源電壓增大而增大，C-5407的tPLH值受電源電壓影響較大，電源電壓由4.9V增大到5.1V，tPLH增大4ns左右。

圖4 tPLH-電源電壓特性曲線(xiàn)

5）ICCL-工作溫度特性曲線(xiàn)

圖5 ICCL-工作溫度特性曲線(xiàn)

ICCL在25℃時(shí)最大，隨溫度升高或降低，ICCL的值均逐漸減小。

6）ICCH-工作溫度特性曲線(xiàn)

圖6 ICCH-工作溫度特性曲線(xiàn)

ICCH隨溫度升高大致呈減小趨勢(shì)。

2.3 極限評(píng)估試驗(yàn)

1）電源電壓極限試驗(yàn)

各規(guī)格分別選取兩只器件，連續(xù)增加或降低0.1V電源電壓，在不同電源電壓下對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)為表3中相應(yīng)的電參數(shù)，直到功能性能異?；蜻_(dá)到設(shè)備極限時(shí)停止試驗(yàn)，得出器件極限電源電壓，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表3 5407系列器件測(cè)試參數(shù)及條件

表4 VCC極限試驗(yàn)結(jié)果

2）高低溫極限試驗(yàn)

各規(guī)格分別選取兩只器件，連續(xù)增加或降低5℃工作溫度，在每步進(jìn)一階后對(duì)器件依次進(jìn)行外部目檢、正常工作電壓下的電測(cè)試，直到功能性能異常或達(dá)到設(shè)備極限時(shí)停止試驗(yàn)，得出極限工作溫度，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表5 工作溫度極限試驗(yàn)結(jié)果

3 5407系列六緩沖器板卡級(jí)測(cè)試

板級(jí)試驗(yàn)主要驗(yàn)證器件在通用板卡狀態(tài)下，典型的板級(jí)功能是否正常，根據(jù)通用數(shù)字電路特點(diǎn)，針對(duì)性的開(kāi)展板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建。

3.1 板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)

硬件設(shè)計(jì)包括母板控制板，子板及其與工控機(jī)和設(shè)備的連接關(guān)系的設(shè)計(jì)。母板主要完成對(duì)通用數(shù)字電路試驗(yàn)過(guò)程輸出數(shù)據(jù)的采樣及處理，為通用數(shù)字電路提供輸入測(cè)試激勵(lì)向量等功能。子板為待測(cè)器件及支撐其工作的最小系統(tǒng)外圍電路。上位機(jī)顯示測(cè)試結(jié)果、存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。功能框圖如圖7所示。

圖7 通用數(shù)字電路板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)功能框圖

該系統(tǒng)以STM32系列單片機(jī)作為核心器件，主要完成為通用數(shù)字電路類(lèi)器件提供輸入邏輯電平、采集器件的輸出邏輯電平、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。待測(cè)子板實(shí)物圖如圖8所示。

圖8 5407子板實(shí)物圖

3.2 板級(jí)功能性能測(cè)試

每個(gè)規(guī)格制作兩塊板卡，各焊接一只器件。

1）板級(jí)功能測(cè)試

在溫度為25℃，VCC=5V條件下開(kāi)展試驗(yàn)。將5407待測(cè)板卡置于溫箱中，將待測(cè)板卡與專(zhuān)用控制母板連接，接通電源，電源電壓為5V。通過(guò)母板控制器件的輸入連續(xù)變化，每五秒鐘抓取一次器件的輸出狀態(tài)。

測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足其期望值，器件在25℃、5V的電壓條件下可以正常工作。

圖9 5407器件板級(jí)功能驗(yàn)證硬件平臺(tái)

2）工作穩(wěn)定性測(cè)試

三溫（低溫-55℃，25℃，高溫80℃）環(huán)境下，將5407待測(cè)板卡置于溫箱，連接母板，接通電源。通過(guò)上位機(jī)控制母板發(fā)送測(cè)試指令，采集輸出信號(hào)，判定器件工作狀態(tài)是否正常。循環(huán)上述步驟，每五秒鐘記錄一次器件工作狀態(tài)，直至12h結(jié)束。

圖10 5407器件工作穩(wěn)定性測(cè)試硬件平臺(tái)

通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)器件在三溫測(cè)試前后動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中輸出沒(méi)有較大變化。輸出結(jié)果和期望值一致。

3）電源電壓拉偏測(cè)試

在溫度為25℃環(huán)境下開(kāi)展試驗(yàn)。將待測(cè)板卡連接母板，電源電壓拉偏至4.5V，控制5407的輸入連續(xù)變化，抓取器件的輸出狀態(tài)，斷開(kāi)電源。電源電壓拉偏至5.5V，控制5407的輸入連續(xù)變化，抓取器件的輸出狀態(tài)。結(jié)果顯示器件在下拉偏4.5V和上拉偏5.5V的條件下均可正常工作。

4）溫度循環(huán)試驗(yàn)

開(kāi)始時(shí)對(duì)被測(cè)板卡的外觀(guān)、功能、性能進(jìn)行檢測(cè)記錄，確定樣品正常，并用來(lái)與中間檢測(cè)和最終檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。板卡放置于試驗(yàn)箱中與母板連接，將試驗(yàn)箱溫度升至到高溫試驗(yàn)溫度，試驗(yàn)樣品溫度穩(wěn)定1h后，接通電源及信號(hào)源。發(fā)送測(cè)試指令，比較測(cè)試輸出，5s記錄1次，持續(xù)記錄30min，關(guān)斷電源。將試驗(yàn)箱溫度降至低溫環(huán)境試驗(yàn)溫度，繼續(xù)試驗(yàn)，方法與高溫相同。試驗(yàn)完成3個(gè)循環(huán)后結(jié)束，使板卡停止工作。循環(huán)過(guò)程中器件邏輯功能正常，試驗(yàn)結(jié)束后器件全面的目視檢查和工作性能檢測(cè)合格，試驗(yàn)前后輸出沒(méi)有較大變化，可判斷器件在-55℃～80℃條件下可正常工作。

另外，采用該板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)完成了54LS00、L54HCT08、54LS20三種規(guī)格器件的板級(jí)功能性能測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和通用性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本論文對(duì)四款5407系列六緩沖器測(cè)試分析，明確該類(lèi)器件的功能性能、關(guān)鍵參數(shù)變化、極限評(píng)估。設(shè)計(jì)完成通用數(shù)字電路板卡級(jí)測(cè)試系統(tǒng)，可以對(duì)通用數(shù)字器件板卡級(jí)功能性能運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為器件選用和更換提供依據(jù)，為通用數(shù)字器件可靠性分析提供測(cè)試方法和手段。