一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，所述方法包括如下步骤：S1、建立适用于可靠性预计的数模混合电路设备电、热耦合数字样机模型；S2、基于数字样机模型，分析数模混合电路设备电子元器件失效模式、失效机理，确定可靠性薄弱的电子元器件及其失效物理模型；S3、建立融合性能退化和功能失效的数模混合电路设备可靠性预计模型，基于蒙特卡洛及电热耦合仿真法求解得到给定预计工作环境应力及故障判据对应的可靠度曲线。本发明专利技术能够解决数模混合电路电子设备电路仿真建模、电子元器件退化与失效行为模拟、电热耦合下同时考虑电子元器件功能失效与性能退化的可靠性预计困难的问题。退化的可靠性预计困难的问题。退化的可靠性预计困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法


[0001]本专利技术涉及一种电子设备可靠性预计方法，具体涉及一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法。

技术介绍

[0002]随着电子设备小型化和多功能化，现代电子设备正向高速、高密度、高集成度和高可靠性的方向发展，包含FPGA、SRAM等数字芯片及模拟器件的混合电路的电子设备所占的比重越来越大。目前，数字电路与模拟电路通常使用不同的专业软件进行仿真，数字与模拟混合电路仿真难度大，基于数字样机模型的数模混合电路设备可靠性预计困难。此外，缺乏多物理场下同时考虑电子元器件功能失效与性能退化的数模混合电路可靠性预计方法，使得目前仍不能够准确地对数模混合电路电子设备可靠性进行预计。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，该方法能够实现针对数模混合电路设备考虑性能退化和功能失效的可靠性预计。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种基于多模型协同的数模混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤S1、建立适用于可靠性预计的数模混合电路设备电、热耦合数字样机模型；步骤S2、基于步骤S1建立的数字样机模型，分析数模混合电路设备电子元器件失效模式、失效机理，确定可靠性薄弱的电子元器件及其失效物理模型；步骤S3、结合步骤S1建立的数字样机模型和步骤S2确定的可靠性薄弱电子元器件的失效物理模型，建立融合性能退化和功能失效的数模混合电路设备可靠性预计模型，基于蒙特卡洛及电热耦合仿真法求解得到给定预计工作环境应力及故障判据对应的可靠度曲线。2.根据权利要求1所述的基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，其特征在于所述步骤S1中，数字样机模型由两部分组成：数字样机电学模型、数字样机热学模型，其中：所述数字样机电学模型是通过EDA软件建立的电路模型，其函数化表达形式为[W(t),E]＝G
E
(t,S
in
,Τ,R
E
)，其特征包括：
①
能够进行数模混合电路的稳态电应力仿真分析，可基于给定的电路应力条件S
in
得到数模混合电路设备中所有电子元器件的电应力参数向量E＝{V1,I1,P1,
…
V
i
,I
i
,P
i
,
…
}，其中i为设备电子元器件编号，V
i
、I
i
、P
i
分别表示元器件i的电压有效值、电流有效值、功率有效值；
②
能够进行数模混合电路的瞬态电性能仿真分析，可基于给定的电路应力条件S
in
得到设备关键输出节点的电压波形矩阵W(t)＝{w1(t),
…
w
k
(t),
…
}，其中w
k
(t)表示输出节点k随时间t变化的电压波形；
③
能够基于电学模型参数向量R
E
模拟设备中电子元器件的开路、短路、无信号输出、位随机误码故障，及信号幅值、信号坡度、信号时延参数变化、功能关键参数变化；
④
能够基于接口将E中的P
i
参数传递给数字样机热学模型，并接受热学模型传递回的温度参数向量其中分别表示电子元器件i的平均壳温和平均结温；所述数字样机热学模型是可通过有限元软件建立的热学模型，其函数化表达形式为Τ＝G
S
(E,S
in
,R
S
)，其中R
S
为热仿真所需材料属性参数及其他参数所构成的向量，数字样机热学模型特征包括：
①
能够进行数模混合电路的稳态热仿真分析，可基于给定的电子元器件功率有效值、电路应力条件得到各电子元器件的平均壳温和平均结温；
②
能够通过接口接收数字样机电学模型传递来的电应力参数向量E，并传递回温度参数向量T。3.根据权利要求1所述的基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，其特征在于所述步骤S2中，数字样机模型中将电子元器件划分为功能失效型元器件和性能退化型元器件，其中：功能失效型元器件特征为其各项性能参数不随电、热应力和时间变化而显著变化，在故障发生时由完美运行状态突变到故障状态；性能退化型电子元器件特征为其性能参数在电、热应力作用下随时间变化而显著变化。4.根据权利要求1所述的基于多模型协同的数模混合电路设备可靠性预计方法，其特征在于所述步骤S2中，电子元器件失效物理模型包括性能退化模型和功能失效模型，其中：性能退化模型用于描述电子元器件性能参数在电、热应力作用下随时间变化的规律，其一般形式为Pr
i
(t)＝f
i
(t,T
i
,E
i
,P
fi
)，其中Pr
i
表示电子元器件i的某一特性参数，T
i
、E
i
分别表示电子元器件i所受的温度应力和电应力向量，f
i
表示应力、时间与特性参数之间的映射函数，P
fi
为函数f
i
的具有分布特性的系数矩阵；功能失效模型用于描述电子元器件在电、热应
力作用下功能丧失时间的规律，其一般形式为L
i
＝g
i
(T
i
,E
i
,P
gi
)，其中L
i
表示电子元器件i的功能丧失时间，T
i
、E
i
分别表示电子元器件i所受的温度应力和电应力向量，g
i
表示应力与功能丧失时间之间的映射函数，P
gi
为函数g
i
的具有分布特性的系数矩阵；λ
w
＝h
w
(T
w
,E
w
,P
hw
)，其中λ
w

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岑，孙祺森，蒋威钧，王知非，张笑生，叶雪荣，翟国富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：