四款5407系列六缓冲器测试分析*

郭晗 廖勇 陈龙

（航天科工防御技术研究试验中心 北京 100854）

1 引言

随着元器件种类日益增多，产品系列不断完善，在满足设计师使用需求的同时，也带来了新的问题，如何在同系列相似产品中选取更为合适的型号规格，达到相应的质量与可靠性和应用适应性要求［1］。元器件生产厂家一般根据元器件类型，依据有关的国家军用标准、国家标准及行业标准等制定相应的企业标准，然后根据企业标准进行元器件的性能考核试验，试验通过即可认定产品合格进而供货［2］。但是上面提到的标准都是通用标准，其规定的试验方法、试验条件、合格判据与实际使用要求还存在一定差距［3～9］。

已经完成研制的元器件在应用推广中，由于器件手册内容有限，设计师无法全面深入的了解器件特性，有可能选用不当，出现“不好用”、“用不好”，甚至是“不敢用”等问题［10］，制约了新研元器件的推广使用［11～12］。因此本文针对四款 5407六缓冲器进行器件级和板卡级测试，设计制作通用数字电路板卡级功能验证系统。得出的功能性能、关键参数、应用适应性试验结果可以指导元器件选型，提高器件的使用可靠性，为设计师改变元器件封装调整产品集成度、产品设计优化等情况提供参考。

2 5407系列六缓冲器器件级测试

2.1 功能性能测试

功能测试的目的是确认被测器件的逻辑功能是否符合要求。被测样品如下：

表1 测试样品列表

5407系列六缓冲器管脚定义：

表2 5407系列六缓冲器管脚定义

测试参数及条件如下：

功能测试项的测试向量通过Pin14管脚提供器件工作的电源，通过Pin1、Pin3、Pin5、Pin9、Pin11，Pin13引脚输入测试数据，通过 Pin2、Pin4、Pin6、Pin8、Pin10、Pin12管脚的输出判定是pass/fail。

每个规格选取四只器件，在25℃、-55℃、125℃温度条件下，分别提供4.5V、5V、5.5V电源电压进行功能性能测试，结果表明器件各项功能性能测试合格。

2.2 关键参数特性曲线测试

电源电流反映被测器件的功耗，延迟时间体现被测器件的时序特性。每个规格选取四只器件，在不同温度、电源电压条件下，针对电源电流（ICCH和ICCL）、延迟时间（tPHL和tPLH）两类关键参数进行测试，各规格取四只器件测试结果平均值绘制特性曲线如下。

1）tPHL-工作温度特性曲线

图1 tPHL-工作温度特性曲线

tPHL随温度升高不断增大，在两个极限工作温度条件下，A-5407的tPHL值最大。

2）tPLH-工作温度特性曲线

图2 tPLH-工作温度特性曲线

tPLH随温度升高缓慢增大，A-5407的tPLH值增大明显，由6ns上升至14ns。

3）tPHL-电源电压特性曲线

图3 tPHL-电源电压特性曲线

随电源电压升高，A-5407、D-5407的tPHL值缓慢减小，C-5407的tPHL值线性增大，B-5407的tPHL值无明显变化。

4）tPLH-电源电压特性曲线

tPLH随电源电压增大而增大，C-5407的tPLH值受电源电压影响较大，电源电压由4.9V增大到5.1V，tPLH增大4ns左右。

图4 tPLH-电源电压特性曲线

5）ICCL-工作温度特性曲线

图5 ICCL-工作温度特性曲线

ICCL在25℃时最大，随温度升高或降低，ICCL的值均逐渐减小。

6）ICCH-工作温度特性曲线

图6 ICCH-工作温度特性曲线

ICCH随温度升高大致呈减小趋势。

2.3 极限评估试验

1）电源电压极限试验

各规格分别选取两只器件，连续增加或降低0.1V电源电压，在不同电源电压下对器件进行测试，测试项为表3中相应的电参数，直到功能性能异常或达到设备极限时停止试验，得出器件极限电源电压，试验结果如表4所示。

表3 5407系列器件测试参数及条件

表4 VCC极限试验结果

2）高低温极限试验

各规格分别选取两只器件，连续增加或降低5℃工作温度，在每步进一阶后对器件依次进行外部目检、正常工作电压下的电测试，直到功能性能异常或达到设备极限时停止试验，得出极限工作温度，试验结果如下表所示。

表5 工作温度极限试验结果

3 5407系列六缓冲器板卡级测试

板级试验主要验证器件在通用板卡状态下，典型的板级功能是否正常，根据通用数字电路特点，针对性的开展板级测试系统构建。

3.1 板级测试系统

硬件设计包括母板控制板，子板及其与工控机和设备的连接关系的设计。母板主要完成对通用数字电路试验过程输出数据的采样及处理，为通用数字电路提供输入测试激励向量等功能。子板为待测器件及支撑其工作的最小系统外围电路。上位机显示测试结果、存储测试数据。功能框图如图7所示。

图7 通用数字电路板级测试系统功能框图

该系统以STM32系列单片机作为核心器件，主要完成为通用数字电路类器件提供输入逻辑电平、采集器件的输出逻辑电平、数据传输等功能。待测子板实物图如图8所示。

图8 5407子板实物图

3.2 板级功能性能测试

每个规格制作两块板卡，各焊接一只器件。

1）板级功能测试

在温度为25℃，VCC=5V条件下开展试验。将5407待测板卡置于温箱中，将待测板卡与专用控制母板连接，接通电源，电源电压为5V。通过母板控制器件的输入连续变化，每五秒钟抓取一次器件的输出状态。

测试结果满足其期望值，器件在25℃、5V的电压条件下可以正常工作。

图9 5407器件板级功能验证硬件平台

2）工作稳定性测试

三温（低温-55℃，25℃，高温80℃）环境下，将5407待测板卡置于温箱，连接母板，接通电源。通过上位机控制母板发送测试指令，采集输出信号，判定器件工作状态是否正常。循环上述步骤，每五秒钟记录一次器件工作状态，直至12h结束。

图10 5407器件工作稳定性测试硬件平台

通过比对发现器件在三温测试前后动态工作过程中输出没有较大变化。输出结果和期望值一致。

3）电源电压拉偏测试

在温度为25℃环境下开展试验。将待测板卡连接母板，电源电压拉偏至4.5V，控制5407的输入连续变化，抓取器件的输出状态，断开电源。电源电压拉偏至5.5V，控制5407的输入连续变化，抓取器件的输出状态。结果显示器件在下拉偏4.5V和上拉偏5.5V的条件下均可正常工作。

4）温度循环试验

开始时对被测板卡的外观、功能、性能进行检测记录，确定样品正常，并用来与中间检测和最终检测结果进行比较。板卡放置于试验箱中与母板连接，将试验箱温度升至到高温试验温度，试验样品温度稳定1h后，接通电源及信号源。发送测试指令，比较测试输出，5s记录1次，持续记录30min，关断电源。将试验箱温度降至低温环境试验温度，继续试验，方法与高温相同。试验完成3个循环后结束，使板卡停止工作。循环过程中器件逻辑功能正常，试验结束后器件全面的目视检查和工作性能检测合格，试验前后输出没有较大变化，可判断器件在-55℃～80℃条件下可正常工作。

另外，采用该板级测试系统完成了54LS00、L54HCT08、54LS20三种规格器件的板级功能性能测试，验证了该系统的稳定性和通用性。

4 结语

通过本论文对四款5407系列六缓冲器测试分析，明确该类器件的功能性能、关键参数变化、极限评估。设计完成通用数字电路板卡级测试系统，可以对通用数字器件板卡级功能性能运行状态进行实时监测。为器件选用和更换提供依据，为通用数字器件可靠性分析提供测试方法和手段。