當進行評估的系既獨特又複雜時,全面的驗證和測試通常需要自行設計一些創新。

雖然大部份的測試與測量工作都從評估元件和電路板開始,但也經常面對最終的完整系統帶來多樣化、複雜且更困難的測試挑戰。系統測試通常需要開發高度專業化的獨特配置,而這需要的是客製的電子和機械元件。(當然,幾乎所有與火箭、載人/無人太空旅行、衛星等相關的先進系統都屬於這一類。)

廣泛用於檢測導彈目標的紅外線(IR)感測器就屬於這種情況。但問題是如何測試這些高解析度感測器和系統的性能?答案很「簡單」:只需要一台IR場景投影儀。事實上,這些投影機必須創造解析度夠高的影像,使其具有意義且可編程,以便能動態改變影像。為此,它需要特殊的IR發光二極體(LED)陣列。

美國晶片與原型系統架構公司Chip Design Systems (CDS)克服了這個問題。Chip Design Systems是美國德拉瓦大學(University of Delaware)教授Fouad Kiamilev於2013年成立的,主要由該校電子與電腦工程系的CVORG實驗室分拆而出。該公司專注於開發晶片、封裝以及軟硬體解決方案,用於產生熱場景以測試與校正紅外線探測器陣列。

Chip Design Systems並與美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)以及其他大學合作,設計了一種短波紅外線LED投影儀,用於測試這些新型的感測器。該投影機能以前所未有的解析度產生紅外線場景,其速度是現有技術的兩倍,亮度也更高得多,而且可以分別對畫素進行編程。

該計劃的關鍵在於一種採用新方法縮小讀取晶片(RIIC)的紅外線LED陣列。該架構透過在相鄰畫素之間巧妙地共享電晶體以縮小晶片尺寸,而非採用更複雜且易於出現缺陷的更精細CMOS技術。512×512畫素的場景投影系統以100Hz運行,並使用中波(3~5μm)超晶格LED陣列。這些LED覆晶接合至讀取晶片,當液氮冷卻到77K時,顯示溫度高達1,350 K。陣列子系統使用客製驅動電子裝置(圖1)和封裝,並進行非均勻校正(或稱為NUCed)。

20180309_IRtest_NT01P1 圖1:512×512畫素系統的驅動電子元件採用了創新的拓撲結構(來源:University of Delaware)

當然,完整的系統測試中要比這套IR LED陣列更複雜;除了相當數量的設備外,還需要更多的人員投入以及承受挫折的意願。至今大約有30名研究生(包括碩士和博士生)參與這套原型系統的開發(圖2),該系統日前已在美國佛羅里達州埃爾金空軍基地(Elgin Air Force Base)成功完成評估。

20180309_IRtest_NT01P2 圖2:圖中顯示由Chip Design Systems、美國德拉瓦大學與愛荷華大學(University of Iowa)聯手開發的技術,及其如何用於實驗室中評估紅外線導彈在飛行中執行任務(來源:Air Force Research Laboratory)

當然,元件和電路板測試是系統測試的基礎建構模組。但即使是功能齊全且經過測試的模組在推進新領域時也可能無法完成任務。這就是系統測試的明顯挑戰之一。您不僅必須配置和除錯系統測試安排,通常還需要一些獨立、甚至是全然不同的方式,以驗證測試系統是否提供了有效的結果。無論問題是基本的校正還是更大的錯誤或誤解,高階的先進系統測試可能十分值得,同時也令人沮喪。

你曾經必須為了測試獨特且從未做過的系統開發專用的測試工具嗎?在過程中遇到過什麼「驚喜」?順利克服問題而且還清楚地記得嗎?請與我們分享。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Testing Advanced System Requires Its Own Innovation,by Bill Schweber)