- 基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的可靠性測試方法
- 企業(yè)設(shè)計(jì)的可靠性測試方法
- 包處理器外掛緩存(Buffer)的并行總線測試
- 產(chǎn)品設(shè)計(jì)熱測試
從硬件角度出發(fā),可靠性測試分為兩類:
以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的可靠性測試。比如電磁兼容試驗(yàn)、氣候類環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械類環(huán)境試驗(yàn)和安規(guī)試驗(yàn)等。
企業(yè)自身根據(jù)其產(chǎn)品特點(diǎn)和對質(zhì)量的認(rèn)識所開發(fā)的測試項(xiàng)目。比如一些故障模擬測試、電壓拉偏測試、快速上下電測試等。
下面分別介紹這兩類可靠性測試。
1基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的可靠性測試方法
產(chǎn)品在生命周期內(nèi)必然承受很多外界應(yīng)力,常見的應(yīng)力有業(yè)務(wù)負(fù)荷、溫度、濕度、粉塵、氣壓、機(jī)械應(yīng)力等。各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)制定者給出了某類產(chǎn)品在何種應(yīng)用環(huán)境下會存在多大的應(yīng)力等級,而標(biāo)準(zhǔn)使用者要根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境和對質(zhì)量的要求選定相應(yīng)的測試條件即應(yīng)力等級,這個選定的應(yīng)力等級實(shí)質(zhì)上就是產(chǎn)品測試規(guī)格。
在產(chǎn)品的測試階段,我們必須在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對足夠的測試樣本一一施加相應(yīng)的應(yīng)力類型和應(yīng)力等級,考察產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性。對于通信設(shè)備而言,常見的測試項(xiàng)目至少包括電磁兼容試驗(yàn)、安規(guī)試驗(yàn)、氣候類環(huán)境試驗(yàn)和機(jī)械環(huán)境試驗(yàn),而上述四類測試項(xiàng)目還包含很多測試子項(xiàng),比如氣候類環(huán)境試驗(yàn)還包括高溫工作試驗(yàn)、低溫工作試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)等。此類測試項(xiàng)目還有很多,這里就不做詳細(xì)介紹??偟亩?,所有的測試項(xiàng)目都屬于規(guī)格符合性測試(即PASS或者FAIL測試),試驗(yàn)的目的都是模擬產(chǎn)品在生命周期內(nèi)承受應(yīng)力類型和應(yīng)力等級,考察其工作穩(wěn)定性。
2企業(yè)設(shè)計(jì)的可靠性測試方法
由于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的功能千差萬別,應(yīng)用場合可能是各種各樣的,而與可靠性測試相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn),一般情況下只給出了某類產(chǎn)品的測試應(yīng)力條件,并沒有指明被測設(shè)備在何種工作狀態(tài)或配置組合下接受測試,因此在測試設(shè)計(jì)時可能會遺漏某些測試組合。比如機(jī)框式產(chǎn)品,線卡種類、線卡安裝位置、報文類型、系統(tǒng)電源配置均可靈活搭配,這涉及到的測試組合會較多,這測試組合中必然會存在比較極端的測試組合。再如驗(yàn)證該機(jī)框的系統(tǒng)散熱性能,最差的測試組合是在散熱條件機(jī)框上滿配最大功率的線卡板;如果考慮其某線卡板低溫工作性能,比較極端的組合時是在散熱條件最好的機(jī)框上配置最少的單板且配置的單板功耗最小,并且把單板放置在散熱最好的槽位上。
總之,在做測試設(shè)計(jì)時,需要跳出傳統(tǒng)測試規(guī)格和測試標(biāo)準(zhǔn)的限制,以產(chǎn)品應(yīng)用的角度進(jìn)行測試設(shè)計(jì),保證產(chǎn)品的典型應(yīng)用組合、滿配置組合或者極端測試組合下的每一個硬件特性、硬件功能都充分暴露在各種測試應(yīng)力下,這個環(huán)節(jié)的測試保證了,產(chǎn)品的可靠性才得到保證。
以下舉兩個例子來說明如何根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)出可靠性測試方法。
2.1實(shí)例一:包處理器外掛緩存(Buffer)的并行總線測試
為了應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)流量和進(jìn)行流量管理,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部的包處理器通常都外掛了各種隨機(jī)訪問存儲器(即RAM)用來緩存包。由于包處理和RAM之間通過高速并行總線互連,一般該并行總線的工作時鐘頻率可能高達(dá)800Mhz,并且信號數(shù)量眾多,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜,在產(chǎn)品器件密度越來越高的情況下,產(chǎn)品很可能遇到串?dāng)_、開關(guān)同步噪音(SSN)等嚴(yán)重的信號質(zhì)量問題,針對上述可能遇到的問題,我們需進(jìn)行仔細(xì)的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì),讓相應(yīng)硬件電路的充分暴露在不利的物理?xiàng)l件下,看其工作是否穩(wěn)定。
串?dāng)_,簡單的來說是一種干擾,由于ASIC內(nèi)部、外部走線的原因,一根信號線上的跳動會對其他信號產(chǎn)生不期望的電壓噪聲干擾。為了提高電路工作速率和減少低功耗,信號的幅度往往很低,一個很小的信號干擾可能導(dǎo)致數(shù)字0或者1電平識別錯誤,這會對系統(tǒng)的可靠性帶來很大影響。在測試設(shè)計(jì)時,需要對被測設(shè)備施加一種特殊的業(yè)務(wù)負(fù)荷,讓被測試總線出現(xiàn)大量的特定的信號跳變,即讓總線暴露在盡可能大的串?dāng)_條件下,并用示波器觀察個總線信號質(zhì)量是否可接受、監(jiān)控業(yè)務(wù)是否正常。以16位并行總線為例,為了將這種串?dāng)_影響極端化,設(shè)計(jì)測試報文時將16根信號中有15根線(即攻擊信號線Agressor)的跳變方向一致,即15根信號線都同時從0跳變到1,同時讓另一根被干擾的信號線(即Victim)從1下跳到0,讓16根線都要遍歷這個情況。
開關(guān)同步噪音也是RAM高速并行接口可能出現(xiàn)的我們所不期望的一種物理現(xiàn)象。當(dāng)IC的驅(qū)動器同時開關(guān)時,會產(chǎn)生瞬間變化的大電流,在經(jīng)過回流途徑上存在的電感時,形成交流壓降,從而產(chǎn)生噪音噪聲(稱為SSN),它可能影響信號接收端的信號電平判決。這是并行總線非常惡劣的一種工作狀態(tài),對信號驅(qū)動器的高速信號轉(zhuǎn)變能力、驅(qū)動能力、電源的動態(tài)響應(yīng)、電源的濾波設(shè)計(jì)構(gòu)成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了驗(yàn)證產(chǎn)品在這種的工作條件下工作是否可靠,必須被測設(shè)備(DUT)加上一種特殊的測試負(fù)荷,即特殊的測試報文。
舉例:
如果被測總線為16位寬,要使所有16跟信號線同步翻轉(zhuǎn),報文內(nèi)容應(yīng)該為:
FFFF0000FFFF0000
如果被測總線為32位寬,要使所有32跟信號線同步翻轉(zhuǎn),測試報文內(nèi)容應(yīng)該為:
FFFFFFFF00000000FFFFFFFF00000000
如果被測總線為64位寬,要使所有64根信號線同步翻轉(zhuǎn),測試報文內(nèi)容應(yīng)該為:
FFFFFFFFFFFFFFFF0000000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF0000000000000000
如果報文在DUT內(nèi)部的業(yè)務(wù)通道同時存在上述位寬的總線,業(yè)務(wù)測試必須加載上述的報文,看DUTUUT在每種報文下工作是否正常,同時在相應(yīng)總線上進(jìn)行信號測試,看信號是否正常。
2.2實(shí)例二:熱測試
熱測試通過使用多通道點(diǎn)溫計(jì)測量產(chǎn)品內(nèi)部關(guān)鍵點(diǎn)或關(guān)鍵器件的溫度分布狀況,測試結(jié)果是計(jì)算器件壽命(如E-Cap)、以及產(chǎn)品可靠性指標(biāo)預(yù)測的輸入條件,它是產(chǎn)品開發(fā)過程中的一個重要的可靠性活動。
一般而言,熱測試主要是為了驗(yàn)證產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)是否滿足產(chǎn)品的工作溫度范圍規(guī)格,是實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)測試,這意味著為了保證測試結(jié)果的一致性,必然對測試環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格要求,比如要求被測設(shè)備在一定范圍內(nèi)無熱源和強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)備運(yùn)行、表面不能覆蓋任何異物。但實(shí)際上很多產(chǎn)品的工作環(huán)境跟上述測試環(huán)境是有差異的:
有些產(chǎn)品使用時可能放在桌子上,也可能掛在墻上,而這些設(shè)備基本上靠自然散熱,安裝方法不同會直接影響到設(shè)備的熱對流,進(jìn)而影響到設(shè)備內(nèi)部的溫度分布。因此,測試此類設(shè)備時必須考慮不同的安裝位置,在實(shí)驗(yàn)室條件把設(shè)備擺放在桌子熱測試通過,并不代表設(shè)備掛在墻上熱測試也能通過。
有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)吧行業(yè)用得比較多,幾臺設(shè)備疊在一起使用比較常見,做類似產(chǎn)品的熱測試時,必須考慮到產(chǎn)品在此情況下熱測試是否符合要求。
一些機(jī)框式設(shè)備,由于槽位比較多,風(fēng)道設(shè)計(jì)可能存在一定的死角。如果被測對象是一塊業(yè)務(wù)板,而這塊可以隨便插在多個業(yè)務(wù)卡槽位,熱測試時必須將被測板放在散熱最差的槽位,并且在其旁邊槽位插入規(guī)格所能支持的大功耗業(yè)務(wù)板,后讓被測單板輔助單板和滿負(fù)荷工作,在這種業(yè)務(wù)配置條件下進(jìn)行熱測試。
針對不同的產(chǎn)品形態(tài),硬件可靠性測試項(xiàng)目可能有所差異,但是其測試的基本思想是一致的,其基本的思路都是完備分析測試對象可能的應(yīng)用環(huán)境,在可能的應(yīng)用環(huán)境下會承受可能工作狀態(tài)包括極限工作狀態(tài),在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下制造各種應(yīng)力條件、改變設(shè)備工作狀態(tài),設(shè)法讓產(chǎn)品的每一個硬件特性、硬件功能都一一暴露在各種極限應(yīng)力下,遺漏任何一種測試組合必然會影響到對產(chǎn)品的可靠性。