在用于太空和航空電子應用的電子設備中，故障不是一種選擇。組件必須能夠承受極端高溫、低溫、輻射、沖擊和振動，同時提供可靠的性能。為了承受這種惡劣的使用，設備必須經過超出規定的測試，以確保在惡劣環境中的性能，以避免故障。設計組件測試程序涉及許多基本步驟，以確保可靠性和性能。

太空和航空電子應用中使用的組件和系統必須能夠承受極端高溫、低溫、輻射、沖擊和振動，以提供可靠的性能。通過嚴格的測試發現故障、缺陷和邊緣組件至關重要;這種徹底的審查使產品在現場和太空中具有長壽命和高可靠性。（圖 1。

圖1 |部件故障原因之間可能的聯系圖。連接用實線表示，而無連接狀態用虛線表示。注定的失敗有一個內部機制，從創造的那一刻起就產生相同的結果——以設定的速率失敗。

光纖的優勢延伸到太空

光收發器驅動數據傳輸，將信號轉換為銅駐留格式和從銅駐留格式轉換信號。光纖電纜 （FOC） 具有高帶寬和低延遲信號，可用于惡劣的空間環境，以提供對 EM/RFI 干擾、串擾和電壓電平浪涌的抗擾度。FOC 的準確性和可靠性超過了傳統布線：覆蓋 1，000 英尺需要 4 磅的 FOC，而銅纜則需要 39 磅的銅線，而且光纖也比銅消耗更少的能量。為了將具有銅輸出的電路中的電信號轉換為光纖，通常需要光纖收發器。

讓我們舉一個合適的例子：支持大帶寬（高達28 Gbps/通道）的短距離并行多模光纖收發器。事實：衛星內通信需要高比特率;在過去的幾年里，光收發器代表了高性能技術，但在惡劣的環境中表現出弱點。然而，堅固耐用的密封光收發器現在可以承受火箭進入軌道、極端溫度和輻射。設計人員和用戶必須測試光學設備以確保質量和可靠性。

必須運行各種測試，以確保光收發器等關鍵設備能夠在太空中提供可靠的運行，包括空間應用測試（加上輻射）、機械、環境、壽命測試、實時測試和嚴格的篩選測試，以確保后續批次的可靠性。

如何執行五個關鍵測試

除了受控設置外，每個測試都需要在評估前后目視檢查異常情況。與測試相關的顯著性能下降被視為資格認證失敗。出于本次討論的目的，我們重點關注用于在太空或類似惡劣環境中運行的光纖收發器（FOT）的強制性測試。所有設備都需要進行機械和環境測試，以驗證長期完整性。強制性測試還包括壽命測試和現場測試。此類測試可以幫助根除設計或流程缺陷。最后，即使單位通過了所有測試，后續批次的每一批單位也必須經過篩選測試。

強制性機械和環境測試

在相同的FOT上執行三次連續的機械測試。在完成機械完整性評估之前和之后，必須在工作溫度范圍內對單元進行目視檢查和表征，以確認沒有發生明顯的性能下降。機械完整性評估測試按以下順序在非運行單元上執行：

所有三個軸的振動測試（20 Hz 和 2，000 Hz 之間 20 g，每軸 16 分鐘）。

在所有六個方向上重復五次的機械沖擊測試，在 0.5 ms 的半正弦脈沖持續時間上使用 500 g 沖擊。

熱沖擊測試包括 0 至 100 °C 之間的 20 個循環，停留時間為 10 分鐘，瞬態時間小于 5 秒。

FOT的三種環境壓力測試包括：

一種溫度循環測試，用于評估組件使用壽命期間的機械疲勞。例如，不同材料在熱膨脹下的不匹配會導致故障。

濕熱測試，以確保密封的FOT能夠持續提供對充滿水分的空氣的抵抗力。

執行一系列測試，僅適用于具有與焊料回流兼容的BGA ［球柵陣列］電氣接口的產品。這些測試對回流曲線和低溫儲存的可能影響。

壽命測試確認產品使用壽命內的可靠性

壽命測試通過對來自不同批次的多個單元進行廣泛、加速的壽命測試來驗證長期可靠性。壽命測試不用于測試前期死亡率，老化測試就足夠了。相反，壽命測試預測產品預期生命周期內的性能下降。為了模擬工作 20 多年，FOT 在 100 °C 的外殼溫度下，在超過工作條件 80% 的偏置電流下工作 4，000 小時。

實時測試評估性能

實時測試雖然更復雜，但全面評估了幾種電氣和光學接口配置的性能。實時測試是使用高速數字信號通過被測設備（DUT）的每個通道進行操作的。當DUT受到壓力時，測量傳輸誤差以保持誤碼率（BER），在惡劣條件下工作時，誤碼率（BER）優于1萬億位中的1個錯誤。在壓力下進行測試，FOT的顯著信號衰減將證明發射器和接收器區域的累積效應會影響誤差計數。（圖2。

圖2 |實時測試設置配置

空間應用測試

太空的一個主要威脅是輻射。輻射測試必須分為三個不同的類別進行評估，涵蓋與地球靜止或低地球軌道環境有關的潛在并發癥。每次測試至少應收集五個單位。當FOT關鍵組件從新的制造批次到達時，應重復測試。輻射測試是：

使用總非電離劑量 （TNID） 質子（5e12 質子/cm2 總劑量）的非操作測試。

在室溫和85°C下進行的現場測試，單事件效應（SEE），包括重離子（Ho，Cu，Ar，Ne，N，每個總能量為1 x 107離子/ cm2）。

伽馬射線總電離劑量 （TID）（100 krad 累積劑量）的偏倚和無偏倚測試。

必須將實時輻射測試引起的錯誤/事件數量與在可接受水平下發生的錯誤/事件數量進行比較。對于非操作測試，比較施加輻射劑量之前和之后FOT的性能，并且只能忽略不計地通過。用封裝材料密封的堅固耐用的FOT必須經過除氣測試。現場熱真空測試，保持至少5 x 10-5hPa的真空至少20個熱循環，從-40°C到85°C，升溫為~5°C/分鐘，停留時間為5分鐘，也必須成功完成。其他空間應用測試包括減壓測試，也可用于鑒定航空電子應用的部件。減壓測試表明，在模擬 2，438 米或 8，000 英尺高度的壓力水平下，性能不會受到影響，在不到 15 秒的時間內上升到 15，850 米或 52，000 英尺，并保持在那里一小時。（圖 3。

圖3 |高度堅固、抗輻射的光收發器，適用于衛星。SpaceABLE28 型號具有高達 28 Gbps/通道的高 I/O 密度，可處理 -40 °C 至 +85 °C 的溫度。

篩選測試確保持續的準確性

最后，完成了六個熱循環的篩選測試，這些循環以8°C/分鐘的速度上升，停留時間為5分鐘，以持續保證高質量的商用現貨（COTS）設備。除熱循環外，還增加了持續時間為168小時、外殼溫度為100°C的老化，在正常偏置電流下工作。在新的FOT設計通過上述測試合格后，后續生產批次的單元將通過篩選過程進行驗證。溫度循環測試傾向于揭示裝配缺陷，而老化測試顯示嬰兒死亡率。

由于太空、航空電子設備和國防等應用中的故障是不可接受的，因此這些領域使用的組件和系統必須承受極熱、極冷、輻射、沖擊和振動，以提供可靠的性能。通過嚴格的測試發現故障、缺陷和邊緣組件至關重要，這可以使產品在現場和太空中具有長壽命和高可靠性。通過旨在證明惡劣環境中可靠性的五項關鍵測試，光纖收發器滿足或超過操作要求。對于許多關鍵應用程序，這種保證通常比節省成本的考慮更重要。

審核編輯：郭婷