当进行评估的系既独特又复杂时,全面的验证和测试通常需要自行设计一些创新。

虽然大部份的测试与测量工作都从评估组件和电路板开始,但也经常面对最终的完整系统带来多样化、复杂且更困难的测试挑战。系统测试通常需要开发高度专业化的独特配置,而这需要的是客制的电子和机械组件。(当然,几乎所有与火箭、载人/无人太空旅行、卫星等相关的先进系统都属于这一类。)

广泛用于检测导弹目标的红外线(IR)传感器就属于这种情况。但问题是如何测试这些高分辨率传感器和系统的性能?答案很「简单」:只需要一台IR场景投影仪。事实上,这些投影机必须创造分辨率够高的影像,使其具有意义且可编程,以便能动态改变影像。为此,它需要特殊的IR发光二极管(LED)数组。

美国芯片与原型系统架构公司Chip Design Systems (CDS)克服了这个问题。Chip Design Systems是美国特拉华大学(University of Delaware)教授Fouad Kiamilev于2013年成立的,主要由该校电子与计算机工程系的CVORG实验室分拆而出。该公司专注于开发芯片、封装以及软硬件解决方案,用于产生热场景以测试与校正红外线探测器数组。

Chip Design Systems并与美国空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)以及其他大学合作,设计了一种短波红外线LED投影仪,用于测试这些新型的传感器。该投影机能以前所未有的分辨率产生红外线场景,其速度是现有技术的两倍,亮度也更高得多,而且可以分别对画素进行编程。

该计划的关键在于一种采用新方法缩小读取芯片(RIIC)的红外线LED数组。该架构透过在相邻画素之间巧妙地共享晶体管以缩小芯片尺寸,而非采用更复杂且易于出现缺陷的更精细CMOS技术。512×512画素的场景投影系统以100Hz运行,并使用中波(3~5μm)超晶格LED数组。这些LED覆晶接合至读取芯片,当液氮冷却到77K时,显示温度高达1,350 K。数组子系统使用客制驱动电子装置(图1)和封装,并进行非均匀校正(或称为NUCed)。

009ednc20180312 图1:512×512画素系统的驱动电子组件采用了创新的拓扑结构(来源:University of Delaware)

当然,完整的系统测试中要比这套IR LED数组更复杂;除了相当数量的设备外,还需要更多的人员投入以及承受挫折的意愿。至今大约有30名研究生(包括硕士和博士生)参与这套原型系统的开发(图2),该系统日前已在美国佛罗里达州埃尔金斯空军基地(Elgin Air Force Base)成功完成评估。

010ednc20180312 图2:图中显示由Chip Design Systems、美国特拉华大学与爱荷华大学(University of Iowa)连手开发的技术,及其如何用于实验室中评估红外线导弹在飞行中执行任务(来源:Air Force Research Laboratory)

当然,组件和电路板测试是系统测试的基础建构模块。但即使是功能齐全且经过测试的模块在推进新领域时也可能无法完成任务。这就是系统测试的明显挑战之一。您不仅必须配置和除错系统测试安排,通常还需要一些独立、甚至是全然不同的方式,以验证测试系统是否提供了有效的结果。无论问题是基本的校正还是更大的错误或误解,高阶的先进系统测试可能十分值得,同时也令人沮丧。

你曾经必须为了测试独特且从未做过的系统开发专用的测试工具吗?在过程中遇到过什么「惊喜」?顺利克服问题而且还清楚地记得吗?请与我们分享。

(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体EETimes;参考原文:Testing Advanced System Requires Its Own Innovation;Susan Hong编译)

20160630000123