[发明专利]一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置及方法

权利要求书

1.一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述装置包括：测试板卡、温湿箱、参考时钟、示波器、DC直流电源、相位噪声测试仪和计算机，所述测试板卡放在温湿箱内，将多个芯片原子钟安装在测试板卡上，所述测试板卡上设置有芯片原子钟插座、电压转换模块、信号输出模块和电源接口，所述DC直流电源经电源接口为测试板卡进行供电，所述电压转换模块为芯片原子钟供电，所述信号输出模块进行双路信号输出，信号输出模块连接示波器、相位噪声测试仪和计算机设备对芯片原子钟时间及频率信号质量进行评估；

其中，在测试开始时，需将恒温恒热箱工作温度设为40℃，测试环境相对湿度设为85％，通过Hallberg-Peck加速老化模型推算出测试加速因子；测试过程通过加速老化测试时间、测试芯片钟数量及推算出加速因子相乘得到总运行时间；最后通过芯片原子钟在测试过程中的失效次数和国家规范测试标准使用的卡方分布推算规范准确推算平均工作无故障时间MTBF。

2.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述电源接口连接DC直流电源，测试板卡上的多个芯片原子钟均与电源接口连接，通过电源接口进行供电。

3.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述电压转换模块包括：5V电压转换模块和3.3V电压直连模块，所述3.3V电压直连模块直接进行供电，所述5V电压转换模块将5V电压转换为3.3V电压进行供电。

4.如权利要求1所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述信号输出模块包括：1PPS信号输出单元和10MHz信号输出单元，所述1PPS信号输出单元连接示波器，所述10MHz信号输出单元连接相位噪声测试仪，相位噪声测试仪连接计算机。

5.如权利要求4所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验装置，其特征在于，所述相位噪声测试仪还连接有10MHz参考时钟，通过参考时钟向相位噪声测试仪输出10MHz信号。

6.一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验方法，其特征在于，所述方法为：

将若干芯片级原子钟置于测试板卡上；并将芯片原子钟的板卡放置于温湿箱内，调节箱内温度至40℃及85％相对湿度，测试板卡连接箱外电源并在上电条件下持续工作，由示波器测试秒脉冲信号质量检测故障发生频次，相位噪声测试仪测量测量信号后发送至计算机，通过加速模型计算加速因子，最终得到平均无故障时间MTBF；

所述方法测试具体过程为：

测试开始时，需将恒温恒热箱工作温度设为40℃，测试环境相对湿度设为85％，通过Hallberg-Peck加速老化模型推算出测试加速因子；测试过程通过加速老化测试时间、测试芯片钟数量及推算出加速因子相乘得到总运行时间；最后通过芯片原子钟在测试过程中的失效次数和国家规范测试标准使用的卡方分布推算规范准确推算平均工作无故障时间MTBF。

7.如权利要求6所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验方法，其特征在于，所述测试板卡在温湿箱内确定测试环境相对湿度和测试环境温度，通过加速模型Hallberg-Peck模型计算加速因子AF，计算公式为：

AF＝(RH_t/RH_u)³·exp{(E_a/k)·[(1/T_u)-(1/T_t)]}

式中：

AF是加速因子；Ea为析出故障的耗费能量，又称激活能，不同产品的激活能不同；K为玻尔兹曼常数；

Tu是使用条件下即非加速条件下的温度值，温度值为绝对温度值，以开尔文K作单位；

Tt是测试条件下即加速条件下的温度值，温度值是绝对温度值，以开尔文K作单位；

RHu是使用条件下即非加速状态下的相对湿度值；

RHt是测试条件下即加速状态下的相对湿度值。

8.如权利要求6所述的一种芯片原子钟的加速老化可靠性试验方法，其特征在于，所述平均无故障时间MTBF的计算公式为：

MTBF＝Ttot·2/χ²(α,2r+2)

其中Ttot为总运行时间：Ttot＝设备数量*测试时间*加速因子AF；

r为失效次数，由90％置信度时卡方分布可推出r数值。