Fiabilité et vitalité des systèmes informatiques intégrés (BTSV). Intensité de défaillance, formule de probabilité générale pour une intensité de fonctionnement sans problème d'échec de l'équipement sanitaire Livre de référence
Méthodologie d'estimation de l'intensité des défaillances de nœuds fonctionnels schémas intégrés
BARYSHNIKOV A.V.
(Institut de recherche Fsue "Automation")
1. Introduction
Le problème de la prévision de la fiabilité des équipements radioélectriques (REC) est pertinent pour presque tous les systèmes techniques modernes. Considérant que rea comprend composants electroniquesLa tâche de développer des techniques d'évaluation des intensités des échecs (IO) de ces composants. Souvent, les exigences techniques de la fiabilité présentées dans les tâches techniques (TK) sur l'élaboration du REA sont en conflit avec les exigences relatives aux poids et aux dimensions du REC, qui ne permettent pas aux exigences de la TK par exemple, par exemple , duplication.
Pour un certain nombre de types de récidives, des exigences de fiabilité élevées sont présentées aux dispositifs de contrôle placés dans un cristal avec des assemblages fonctionnels de base de l'équipement. Par exemple, le schéma d'addition pour le module 2, en assurant le contrôle des nœuds principaux et de duplication de tout bloc d'équipement. Des exigences de fiabilité accrues peuvent également effectuer des domaines de mémoire dans lesquels les informations nécessaires à l'exécution de l'algorithme pour le fonctionnement de l'équipement sont stockées.
La technique proposée vous permet d'évaluer l'IO de différentes zones fonctionnelles du microcircuit. Chips de mémoire: Dispositifs de stockage opérationnels (RAM), périphériques de stockage constants (ROM), périphériques de stockage reprogrammés (RPPU), ce sont les intensités des défaillances des lecteurs, des décodeurs et des circuits de contrôle. Dans les régimes de microcontrôleurs et de microprocesseurs, la technique vous permet de déterminer les régions de mémoire, un dispositif logique arithmétique, des convertisseurs analogiques-numériques et numériques-analogiques, etc. Dans les circuits intégrés logiques programmables (plis) et les nœuds fonctionnels principaux, à partir duquel la FPGA se compose de: une unité logique configurable, une unité d'entrée / sortie, de la zone de mémoire, JTAG, etc. La technique vous permet également de déterminer l'IO d'une sortie de la puce, une cellule de mémoire et, dans certains cas, et les transistors individuels.
2. Objet et portée de la technique
La technique est destinée à évaluer l'opération opérationnelle IO λ e de différentes assemblées fonctionnelles des puces: microprocesseurs, microcontrôleurs, puces de mémoire, circuits intégrés logiques programmables. En particulier, dans les zones cristallines de la mémoire, ainsi que les cellules IO des dispositifs de stockage de stockage de procédures étrangères, y compris des microprocesseurs, FPGA. Malheureusement, le manque d'informations sur les enceintes ne permet pas d'appliquer la méthodologie des puces domestiques.
Les iOS définies pour cette technique sont les données source du calcul des caractéristiques réticentes lors d'études d'ingénierie de l'équipement.
La technique contient un algorithme de calcul de l'IO, un algorithme de vérification des résultats de calcul obtenus, des exemples du calcul des nœuds fonctionnels du microprocesseur, des schémas de mémoire, des systèmes logiques programmables.
3. Advions de la méthodologie
La technique est basée sur les hypothèses suivantes:
Les échecs des éléments sont indépendants;
Io puce est constante.
De plus, ces hypothèses seront montrées la possibilité de séparation de la puce IO sur l'enceinte et de l'intensité de la défaillance du cristallin.
4. Données originales
1. puce fonctionnelle: microprocesseur, microcontrôleur, mémoire, plis, etc.
2. Technologie des puces de fabrication: bipolaire, CMOS.
3. Restituer l'intensité des défaillances du microcircuit.
4. Le diagramme de bloc du microcircuit.
5.Type et la quantité d'empileurs de mémoire.
6. Le nombre de conclusions corporelles.
5.1. Selon les valeurs connues de la puce IO, l'UI du corps et du cristal sont déterminées.
5.2. Selon la valeur trouvée du cristal IE, pour la puce de mémoire, sur la base de sa technologie de type et de fabrication, le lecteur du lecteur, des schémas déchiffrés, des circuits de commande sont calculés. Le calcul est basé sur la construction standard schémas électriquesservir le lecteur.
5.3. Pour un microprocesseur ou un microcontrôleur utilisant les résultats de calcul obtenus dans le paragraphe précédent, les régions de mémoire sont déterminées. La différence entre le cristal IO et les valeurs trouvées des régions de mémoire seront la valeur de la partie restante de la puce.
5.4. Selon les valeurs connues des cristaux IO pour la famille FPGA, leur composition fonctionnelle et le nombre de nœuds à un seul type, un système d'équations linéaires est compilé. Chacune des équations du système est compilée pour un symptominateur de la famille FPGA. Le côté droit de chacune des équations du système est la quantité des valeurs des valeurs des nœuds fonctionnels d'un certain type sur leur nombre. La partie gauche de chacune des équations du système est la valeur du cristal IO d'un modèle spécifique de FPGA de la famille.
Quantité maximale Les équations du système sont égales au nombre de FPGS de la famille.
La solution du système d'équations vous permet d'obtenir les valeurs des nœuds fonctionnels FPGA.
5.5 Sur la base des résultats du calcul obtenu dans les paragraphes précédents, les valeurs de la cellule mémoire individuelle, la sortie de la puce ou du transistor d'un schéma de principe particulier peuvent être trouvées si le schéma de nœud principaux de l'électricité est connu.
5.6. Vérification des résultats du calcul de la puce de mémoire est effectué en comparant la valeur IO pour une autre puce de mémoire reçue méthode standard, Avec la valeur de l'IO de cette puce, calculée à l'aide des données obtenues au paragraphe 5.2 de la présente section.
5.7. Vérification des résultats du calcul du FPGA est effectué en calculant le cristal IO de l'un des symptômes de la famille considérée de FPGA, qui n'a pas été inclus dans le système d'équation. Le calcul est effectué en utilisant les valeurs des nœuds fonctionnels obtenus au paragraphe 5.4 de cette partition et la comparaison de la valeur obtenue de la FPGA avec la valeur de l'IO, calculée à l'aide de méthodes standard.
6. Analyse du procédé de prévision de l'intensité des défaillances par microcircuits en termes de possibilité de séparer l'intensité des défaillances de la puce dans la quantité des intensités de la défaillance et du corps de cristal
Io Crystal, Hull et conclusions externes Les microciricuits sont déterminés à partir du modèle mathématique de prévision des circuits intégrés étrangers io pour chaque modèle d'adresse IP.
Analysons les termes du modèle mathématique pour calculer l'opération
io λ e Circuits intégrés numériques et analogiques de production étrangère:
λ e \u003d (avec 1 π t + avec 2 π e) π q π l, (1),
où: C 1 est le composant de l'IO IP, en fonction du degré d'intégration;
π t - coefficient en tenant compte de la surchauffe du cristal relativement ambiant;
C 2 - Le composant de l'IO IP, en fonction du type de corps;
- π e est le coefficient, en tenant compte de la rigidité des conditions de fonctionnement de la REA (groupe de groupes d'exploitation);
- π Q est un coefficient qui prend en compte la qualité de la fabrication de l'ERI;
- π L-cellule, en tenant compte de l'atelier processus technologique ERI de fabrication;
Cette expression est juste pour les puces effectuées à la fois par la technologie Bipolaire et MOS, et comprend des schémas numériques et analogiques, des matrices logiques programmables et des pls, des puces de mémoire, des micropro-processeurs.
Le modèle mathématique de la puce intégrale IO prévue, pour la source originale dont la norme du département de défense des États-Unis est prise est la somme des deux termes. Le premier terme caractérise les défaillances déterminées par le degré d'intégration du cristal et le mode électrique du microcircuit (coefficients C 1, π t), le second terme caractérise les échecs associés au type de coque, le nombre de conclusions corporelles et conditions de fonctionnement (C 2, - π e coefficients).
Une telle séparation s'explique par la possibilité de délivrer la même puce dans différents types de bâtiments différents différent de leur fiabilité (résistance aux vibrations, à l'étanchéité, à l'hygroscopicité, etc.). Dénoter le premier terme sous forme de cristal défini IO (Λkr ), et la seconde est le cas (Λkorp).
De (1) nous obtenons:
λkr \u003d c 1 π t π q π l, λkorp \u003d c 2 π e π q π l (2)
Ensuite, l'IO d'une conclusion de la puce est égale à:
λ 1 \u003d λkorp / n sortie \u003d C 2 π e π q π l / n sortie,
où n résultat est le nombre de conclusions dans le boîtier du circuit intégré.
Nous trouverons le ratio du cas de l'affaire à la puce opérationnelle IO:
λkorp / λ. e \u003d C 2 π e и Q π L / (C 1 π t + C 2 π E) π Q π l \u003d C 2 π E / (C 1 π t + C 2 π e) (3)
Nous analysons cette expression du point de vue de l'influence du type de corps, le nombre de conclusions, la surchauffe du cristal due à la puissance dissipée dans le cristal, la rigidité des conditions de fonctionnement.
6.1. Effet de la dureté des conditions de fonctionnement
Diviser le numérateur et le dénominateur d'expression (3) sur le rapport π e nous obtenons:
λkorp / λ. e \u003d C 2 / (avec 1 π t / π E + C 2) (4)
L'analyse de l'expression (4) montre que le pourcentage du cas du cas et la puce d'opération opérationnelle dépend du groupe d'opérations: plus de conditions plus difficiles de fonctionnement de l'équipement (plus de valeur du coefficient π e), plus le La fraction de l'échec tombe sur les défaillances du corps (le dénominateur dans l'équation 4 diminue) et l'attitudeΛkorp / λe pour rechercher 1.
6.2. Influence du type de corps et le nombre de conclusions de logement
Sélection du numérateur et du dénominateur de l'expression (3) sur le rapport C 2:
λkorp / λ. e \u003d π e / (avec 1 π t / s 2 + π e) (5)
L'analyse de l'expression (5) montre que le pourcentage du boîtier du corps et de la puce IO opérationnelle dépend du rapport des coefficients avec 1 et C 2, c'est-à-dire. Du rapport entre le degré d'intégration des paramètres de puce et de corps: plus de quantité Éléments de la puce (plus coefficient C 1), la plus petite part des défaillances tombe sur les défaillances du boîtier (ratioλkorp / λ. e S'efforce de zéro) et plus la quantité de conclusions dans le cas, plus le poids gagne-t-il les échecs de l'affaire (attitudeλkorp / λ. u à rechercher pour 1).
6.3. L'effet du pouvoir dissipé dans un cristal
De l'expression (3) on peut voir qu'avec une augmentation de π T (le coefficient reflétant la surchauffe du cristal en raison de la puissance dissipée dans le cristal), la valeur de l'équation de la vanne augmente et, par conséquent, la fraction des échecs par cas diminue et les défaillances de cristal acquièrent un plus grand poids relatif.
Production:
Analyse de la valeur de changement de la relation λkorp / λ. e (équation 3) en fonction du type de corps, la quantité de conclusions, la surchauffe du cristal due à la puissance dissipée dans le cristal et la rigidité des conditions de fonctionnement a montré que le premier terme d'équation (1) caractérise l'IO opérationnel du cristal , la seconde - l'UI opérationnelle du corps et de l'équation (2) peut être utilisée pour estimer le cristal, le boîtier et l'IO directement des conclusions corporelles. La valeur du cristal IO opérationnel peut être utilisée comme matériau source pour évaluer l'IO des nœuds fonctionnels du microcircuit.
7. Calcul de l'intensité des défaillances de la cellule de mémoire de dispositifs de stockage faisant partie du microcircuit de mémoire, des microprocesseurs et des microcontrôleurs.
Pour déterminer l'IO, qui se produit sur les bits d'informations semi-conductrices, considérez leur composition. La mémoire semi-conductrice de tout type comprend :
1) conduire
2) Schéma de cadrage:
o partie d'adresse (décodeurs minuscules et colonnes)
o partie numéro (écrire et lire et lire des amplificateurs)
o Unité de contrôle locale - effectue une coordination de tous les nœuds dans le stockage, les modes d'enregistrement, la régénération (mémoire dynamique) et l'effacement des informations (RPPU).
7.1. Estimation du nombre de transistors dans divers domaines de la mémoire.
Considérez chaque composant de l'IO pli. La valeur générale de la mémoire IO pour les puces de différents types avec un volume différent du lecteur peut être déterminée en utilisant. Les boîtiers et cristaux sont calculés conformément à la section 5 de ce travail.
Malheureusement, dans des matériaux techniques sur des puces de mémoire étrangère, aucun nombre total d'éléments inclus dans le microcircuit, et seule la capacité d'information du lecteur est entraînée. Étant donné que chaque type de mémoire contient des blocs standard, nous estimons le nombre d'éléments inclus dans la puce de mémoire basée sur le lecteur. Pour ce faire, considérez le circuit de la construction de chaque bloc de la mémoire.
7.1.1. Ram
Les concepts électriques des taux de stockage de RAM, fabriqués selon TTLS, ESL, MOS et CMOS Technologies sont donnés. Le tableau 1 montre le nombre de transistors à partir duquel une cellule de mémoire (1 bit d'informations de la RAM) est construite.
Tableau 1. Nombre de transistors dans une mémoire de la mémoire de mémoire
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Type de bélier |
Technologie de fabrication |
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Ttlsh |
ESL |
SERPILLIÈRE |
Cmos |
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Statique |
Quantité d'éléments |
4, 5, 6 |
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Dynamique |
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7.1.2. ROM et PPZ
En ROM bipolaire et PPZ, l'élément de stockage est mis en œuvre sur la base de la diode et des structures de transistor. Ils sont effectués sous forme de répéteurs émetteurs surn - P - N et P - N - P transistors, transitions collectionneur-base, base émettrice, diodes Schottky. En tant qu'élément de stockage dans les régimes fabriqués par les technologies MOS et CMOS sont utilisésp et N. - transistors de canal. L'élément de stockage comprend 1 transistor ou diode. Le nombre total de transistors dans l'accumulateur ROM ou PPZ est égal à conteneur d'informations Bis.
7.1.3. RPZU Drive
Les informations enregistrées dans le RPPU sont stockées de plusieurs à des décennies. Par conséquent, la RPU est souvent appelée mémoire non volatile. La base du mécanisme de l'enregistrement
l'exploitation minière et le stockage des informations sont les processus d'accumulation de charge lors de l'enregistrement, ce qui le sauve lorsque la lecture et lorsque la puissance est désactivée dans des transistors spéciaux MOS. Les éléments de stockage Les RPPU sont construits, en règle générale, sur deux transistors.
Ainsi, le nombre de transistors dans le lecteur RPPU est égal au conteneur d'informations de la RPPU multipliée par 2.
7.1.4. Partie d'adresses
La partie d'adresse de la mémoire est basée sur des décodeurs (décodeurs). Ils vous permettent de déterminerN. Numéro binaire de saisie indépendant en produisant une valeur unique d'une variable binaire sur l'une des sorties de périphérique. Pour construire des circuits intégrés, il est de coutume d'utiliser des décodeurs linéaires ou une combinaison de décodeurs linéaires et rectangulaires. Le décodeur linéaire aN entrées et 2 n schémas logiques "et". Nous trouvons le nombre de transistors nécessaires à la construction de tels décodeurs de la base CMOS (comme le plus souvent utilisé pour créer un BIS). Le tableau 2 montre le nombre de transistors nécessaires à la construction de décodeurs à un nombre différent d'entrées.
Tableau 2. Nombre de transistors requis pour la construction de décodeurs
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Nombre de Contributions |
Invertisseurs d'adresse |
Schémas "et" |
Le nombre total de transistors dans le déspiré 2 * N * 2 N + 2 * N |
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Nombre de Onduleurs |
Nombre de Transistors |
Nombre de chem. |
Nombre de transistors 2 * N * 2 N |
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4*4=16 |
16+4=20 |
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6*8=48 |
48+6=54 |
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8*16=128 |
128+8=136 |
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10*32 = 320 |
320+10 = 330 |
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64*12 = 768 |
768+12 = 780 |
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128*14=1792 |
1792+14=1806 |
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256*16=4096 |
4096+16=4112 |
||||
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512*18=9216 |
9216+18=9234 |
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1024 |
1024*20=20480 |
20480+20=20500 |
|||
Pour les décodeurs linéaires, la décharge du nombre décodé ne dépasse pas 8-10. Par conséquent, avec une augmentation du nombre de mots dans la mémoire, plus de 1 000 utilisent le principe modulaire de la construction d'une mémoire.
7.1.5. Partie de numéro
(Enregistrements et amplificateurs de lecture)
Ces schémas sont conçus pour convertir les niveaux de signaux lisibles dans les niveaux de sortie des éléments logiques d'un type particulier et une augmentation de la capacité de charge. En règle générale, ils sont effectués selon le collecteur ouvert (bipolaire) ou trois états (CMOS). Chaque système de sortie peut être composé de plusieurs (deux ou trois) onduleurs. Le nombre maximum de transistors dans ces schémas au maximum du microprocesseur 32 n'est pas supérieur à 200.
7.1.6. Unité de contrôle locale
L'unité de commande locale, en fonction du type de mémoire, peut inclure des registres de tampon minuscules et des colonnes, des multiplexeurs d'adresses, des unités de contrôle de régénération dans la mémoire dynamique, des circuits d'effacement des informations.
7.1.7. Estimation du nombre de transistors dans divers domaines
Le rapport quantitatif des transistors RAM inclus dans le lecteur, le décodeur et l'unité de commande locale est approximativement égal à: 100: 10: 1, soit de 89%, 10% et 1%, respectivement. Le nombre de transistors dans la cellule de raccord de RAM, ROM, PPZ, RPPU est indiqué dans le tableau 1. L'utilisation des données de ce tableau, les taux de pourcentage des éléments inclus dans divers domaines de la RAM, ainsi que supposer que le nombre d'éléments dans le décodeur et l'unité de contrôle locale pour le même volume du lecteur différents types La mémoire reste approximativement constante, vous pouvez estimer le rapport entre les transistors inclus dans le lecteur, le décodeur et un bloc de contrôle local de différents types de mémoire. Le tableau 3 montre les résultats d'une telle évaluation.
Tableau 3 Rapport quantitatif des transistors dans différentes zones fonctionnelles
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Relation quantitative d'éléments de divers domaines |
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Périphérique de stockage |
Décodeur |
Unité de contrôle locale |
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Rom, ppz. |
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Ainsi, connaître le volume du zoom du lecteur et IO Crystal, vous pouvez trouver le lecteur du lecteur, la partie d'adresse, la partie numérique, l'unité de commande locale, ainsi que l'UI des cellules de mémoire et des transistors inclus dans le cadrage Schémas.
8. Calcul de l'intensité des échecs de nœuds fonctionnels de microprocesseurs et de microcontrôleurs
La section montre un algorithme pour calculer les nœuds fonctionnels de microciricuit de microprocesseurs et de microcontrôleurs. La technique est applicable aux microprocesseurs et microcontrôleurs avec un peu de 32 bits.
8.1. Données source pour calculer l'intensité de défaillance
Vous trouverez ci-dessous les données initiales nécessaires pour calculer les microprocesseurs IO, les microcontrôleurs et les parties de leurs circuits électriques. Selon une partie du schéma électrique, nous comprendrons comme des nœuds de microprocesseur terminés fonctionnellement (microcontrôleur), nommément différents types Mémoires (RAM, ROM, PPZU, RPPU, ADC, DAC, etc.) et des vannes individuelles ou même des transistors.
Donnée initiale
La décharge d'un microprocesseur ou d'un microcontrôleur;
Technologie de fabrication de microcircuits;
Vue et organisation à l'intérieur de la mémoire cristalline;
Capacité d'information de la mémoire;
Consommation d'énergie;
Cristal de résistance à la chaleur - corps ou cristal - environnement;
Type de type de microcircuits;
Le nombre de conclusions corporelles;
Augmenté température de fonctionnement Environnement.
Le niveau de qualité de la fabrication.
8.2. Algorithme de calcul de l'intensité de la défaillance d'un microprocesseur (microcontrôleur) et de nœuds fonctionnels à microprocesseur (microcontrôleur)
1. Largeur L'IO opérationnel du microprocesseur ou du microcontrôleur (λe MP) à l'aide des données source à l'aide de l'un des programmes de calcul automatisés: "ASRN", "ASONYIKA-K" ou en utilisant le manuel militaire 217F Standard.
Remarque: En outre, tous les calculs et commentaires seront apportés du point de vue de l'utilisation de ACR, car Méthodologies pour l'utilisation et le contenu des programmes, «ASONYK-K» et le «Manuel militaire 217F» sont beaucoup en commun.
2. Déterminez la valeur de l'IO du microprocesseur (λ e RAM, λ E-ROM, PPZU, λ e RPPU), en supposant que chaque mémoire est une puce distincte dans son logement.
λ e zo \u003d λ ram + λkorp,
λ e-rom, ppz \u003d λ rom, ppza + λkorp,
λ e rpza \u003d λ rpze + λkorp,
où λ e est les valeurs opérationnelles de l'IO de différents types de mémoire, λkorp, - les enceintes de chaque type: λ RAM, λ ROM, PPZ, λ RPZ - IO RAM, ROM, RPZ, RPPU sans prendre en compte le logement, respectivement.
Recherchez des données source pour calculer les valeurs opérationnelles de l'AO de différents types de mémoire. informations techniques (Fiche technique) et catalogues de circuits intégrés. Dans cette littérature, il est nécessaire de trouver une mémoire, le type de qui (RAM, ROM, PPZU, RPPU), le volume du lecteur, l'organisation et la technologie de fabrication coïncident ou près du microprocesseur (microcontrôleur). Les caractéristiques techniques trouvées des microcircuits de mémoire sont utilisées dans ACRS pour calculer la puce IO opérationnelle. La puissance consommée par la mémoire est sélectionnée en fonction du mode électrique du microprocesseur (microcontrôleur).
3. Déterminez les valeurs de l'IO à l'intérieur des zones cristallines du microprocesseur (microcontrôleur), de la mémoire et de l'ALU à l'exclusion du boîtier: λkr mp, λ RAM, λ rom, ppze, λ rpzu ,. Λ al.
Io à l'intérieur des zones cristallines du microprocesseur, RAM, ROM, PPZE, RPPU est déterminée à partir de la relation: λkr \u003d C 1 π t π q π L. L.
Io Alu et certaines parties du cristal sans régimes de mémoire sont déterminées à partir de l'expression:
. λ alu \u003d λkr mp - λ RAM - λ ROM, PPZE - λ RPPU
Les valeurs des autres parties complétées fonctionnellement du microprocesseur (microcontrôleur) sont similaires.
4. Déterminez les lecteurs à l'intérieur de la mémoire cristalline: λ H RAM, λ N ROM, PPZE, λ N RPPU.
Sur la base des données du tableau 3, il est possible d'exprimer le pourcentage du nombre de transistors dans différentes zones fonctionnelles de la mémoire, en supposant que le nombre total de transistors dans la mémoire est de 100%. Le tableau 4 montre ce pourcentage du rapport de transistors inclus dans la mémoire cristalline de différents types.
Sur la base du pourcentage du nombre de transistors inclus dans les différentes zones fonctionnelles et la valeur trouvée de l'IO à l'intérieur de la partie cristalline, les nœuds fonctionnels sont déterminés.
Tableau 4. Pourcentage de relations de transistor
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Le ratio quantitatif des transistors de régions fonctionnelles ZU (%) |
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Périphérique de stockage |
Décodeur |
Unité de contrôle locale |
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Rom, ppz. |
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λ n RAM \u003d 0,89 * λ RAM;
λ n rom, ppz \u003d 0,607 * λ rom, ppza;
λ n RPPS \u003d 0,75 * λ RPPU,
où: N RAM, λ N ROM, PPZ, λ N RPPU - IO Driveurs de RAM, ROM, PPZ, RPPU, respectivement, mais.
8.3. Calcul de l'intensité des échecs de nœuds fonctionnels: décodeurs, partie d'adresse, circuits de contrôle.
En utilisant des données sur le rapport du nombre de transistors dans chaque partie de la mémoire (tableau 4), vous pouvez trouver les intensités des défaillances des décodeurs, la partie d'adresse et les circuits de commande. Connaître le nombre de transistors dans chaque partie de la mémoire peut être trouvé l'intensité des défaillances de groupe ou des transistors individuels de la mémoire.
9. Calcul de l'intensité des échecs de microcircuits de mémoire complétés fonctionnellement
La section montre un algorithme pour calculer les nœuds de mémoire de mémoire rempli de fonctionnement fonctionnel. La méthodologie est applicable aux puces de mémoire données à ACR.
9.1. Données source pour calculer l'intensité de défaillance
Vous trouverez ci-dessous les données source requises pour calculer les microcircuits de mémoire complétés fonctionnellement. Sous les copeaux de mémoire finis finalisées, nous comprendrons le lecteur, la partie d'adresse, le circuit de commande. La technique vous permet également de calculer les parties IO des nœuds fonctionnels, des vannes individuelles, des transistors.
Donnée initiale
Type de mémoire: RAM, ROM, PPZ, RPZU;
Capacité d'information de la mémoire;
Organisation de RAM;
Technologie de fabrication;
Consommation d'énergie;
Type de type de microcircuits;
Le nombre de conclusions corporelles;
Cristal de résistance à la chaleur - corps ou cristal - environnement;
Groupe de fonctionnement de l'équipement;
Augmentation de la température de travail de l'environnement;
Le niveau de qualité de la fabrication.
9.2. Algorithme de calcul de l'intensité des défaillances des schémas de mémoire et des schémas de mémoire complétés fonctionnellement
1, Déterminez l'UI opérationnel de la puce de mémoire (λe P) à l'aide des données source à l'aide de l'un des programmes de calcul automatisés: "ASRN", "ASONIKA-K" ou en utilisant le manuel militaire 217F Standard.
2. Déterminez les valeurs de l'IO du cristal de la mémoire sans le cas de λcr.
Λkr \u003d c 1 π t π q π L.
3. Calcul de l'UI du lecteur à l'intérieur de la mémoire cristalline et des composants fonctionnels des nœuds fonctionnels conformément à la section 8.2.
10. Calcul de l'intensité des échecs de nœuds complétés de circuits intégrés logiques programmables programmables et de cristaux de base de la matrice
Chaque famille FPGA consiste en un ensemble de microcircuits originaux de la même architecture. L'architecture du cristal est basée sur l'utilisation de nœuds fonctionnels identiques de plusieurs types. Les copeaux de différents symptômes de la famille diffèrent les uns des autres par le type de logement et le nombre de nœuds de fonction de chaque type: une unité logique configurable, une unité d'entrée / sortie, de mémoire, de JTAG et similaires.
Il convient de noter que, en plus des blocs logiques configurables et des unités d'entrée / sortie, chaque FPGA contient une matrice de touches formant des liens entre des éléments de FPGA. Étant donné que ces zones sont réparties uniformément par cristal, à l'exception des blocs d'entrée / sortie placés sur la périphérie, nous pouvons supposer que la matrice des touches fait partie des blocs logiques logiques configurables et des unités d'entrée / sortie.
Pour calculer les valeurs des intensités des échecs des nœuds de fonction, il est nécessaire de créer un système d'équations linéaires. Le système d'équations est compilé pour chaque famille FPGA.
Chacune des équations du système est l'égalité, dans la partie gauche de laquelle la valeur du cristal IO est enregistrée pour une symptomine particulière de la puce de la famille sélectionnée. Le côté droit est la quantité de la quantité de nombre de nœuds fonctionnels N catégorie I sur l'IO de ces nœuds λi.
Ci-dessous sont donnés forme générale Un tel système d'équations.
λ e a \u003d a 1 λ 1 + a 2 λ 2 + ... + a n λ n
λ e b \u003d B 1 λ 1 + B 2 λ 2 + ... + b n λ n
……………………………
λ e k \u003d k 1 λ 1 + k 2 λ 2 + ... + k n λ n
où
λ e a, λ e b, ... λ e k - microcircets io opérationnels de la famille FPGA (microcirces a, b, ... k, respectivement),
a 1, a 2, ..., a n - le nombre de nœuds fonctionnels 1, 2, ... n Catégorie dans la puce A, respectivement
b 1, B 2, ..., B N - Le nombre de nœuds fonctionnels de la catégorie 1, 2, ... N, dans la puce dans, respectivement,
k 1, k 2, ..., k n - le nombre de nœuds fonctionnels de la catégorie 1, 2, ... n, dans le microcircuit à, respectivement,
λ 1, λ 2, ..., λ n est les nœuds fonctionnels de la catégorie 1, 2, ... n, respectivement.
Les valeurs des microcircuits IO opérationnels λ EA, λ EB, ... λ EK sont calculées selon ASR, le nombre et le type de nœuds fonctionnels sont donnés dans la documentation technique sur plis (fiche technique ou dans le périodique domestique). .
Les valeurs des nœuds fonctionnels de la famille FPGA λ 1, λ 2, ..., λ n sont de la solution du système d'équation.
11. Vérifiez les résultats du calcul
Vérification des résultats du calcul du microcircuit de la mémoire est effectué en calculant le cristal IO d'une autre puce de mémoire à l'aide de la valeur obtenue de la cellule de mémoire de la cellule de mémoire et de la comparaison de la valeur obtenue du cristal IO avec la valeur de l'IO , calculé à l'aide de méthodes standard (ASR, ASONYIKA, etc.).
Vérification des résultats du calcul du FPGA est calculé par le calcul du cristal FPGA d'un autre appelé de la même famille à l'aide des valeurs trouvées des nœuds fonctionnels FPG et de la comparaison des valeurs obtenues de la FPGA avec la valeur de l'IO, calculé à l'aide de méthodes standard (ASRN, Asionics, etc.).
12. Un exemple de calcul des intensités des échecs de nœuds fonctionnels FPGA et de vérifier les résultats du calcul
12.1. Calcul de l'IO des nœuds fonctionnels et des cas de plis
Le calcul de l'IO a été réalisé sur l'exemple de la FPGA de la famille Spartane développée par Xilinx.
La famille Spartane comprend 5 tyobominations plites, qui incluent la matrice de blocs logiques configurables, les blocs d'entrée / sortie, la logique de la balayage des limites (JTAG).
Les drapeaux inclus dans la famille Spartan se distinguent par le nombre de vannes logiques, le nombre de blocs logiques configurables, le nombre de blocs d'entrée / sortie, des types de logements et du nombre de conclusions corporelles.
Vous trouverez ci-dessous le calcul de l'IO des blocs logiques configurables, des unités d'entrée / sortie, JTAG pour FPGA XSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL.
Pour vérifier les résultats obtenus, le fonctionnement IO FPGA XSS 30XL est calculé. Le fonctionnement IO Plit XSS 30XL est calculé à l'aide des valeurs des nœuds fonctionnels de Plit XSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL. La valeur obtenue de la FPGA XSS 30XL est comparée à la valeur de l'IO, calculée à l'aide de l'ACR. De plus, pour vérifier les résultats obtenus, les valeurs de l'AO d'une sortie pour différents paquets de FPGA sont comparées.
12.1.1. Calcul des intensités des échecs des nœuds de fonction FPGA XSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL
Conformément à l'algorithme de calcul ci-dessus pour calculer les nœuds fonctionnels FPG, il est nécessaire:
Constituez la liste et les valeurs des données source pour FPGA XSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL, CSS 30XL;
Calculer Opérationnel io plisXS 05XL, HSS 10XL, HSS 20XL, HSS 30XL (calcul est effectué par Utilisation des données source);
Faire un système d'équations linéaires pour les cristaux FPG CXS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL;
Trouver la solution d'un système d'équations linéaires (inconnu dans le système d'équations sont des nœuds fonctionnels: des blocs logiques configurables, des blocs de sortie de la sortie, des journaux de numérisation de bordure);
Comparez les valeurs du cristal FPG XS 30XL, obtenus dans le paragraphe précédent, avec la valeur du cristal IO obtenu à l'aide de l'ACR;
Comparez les valeurs de sortie pour différentes enceintes;
Formuler la conclusion sur la validité des calculs;
Lors de l'obtention d'une coïncidence satisfaisante d'intensités d'échec (de 10% à 20%), des calculs d'arrêt;
Avec une différence importante des résultats du calcul, la correction de données initiale est corrigée.
Selon Les données source pour calculer les FPG de l'OIO opérationnelles sont les suivantes: technologie de fabrication, nombre de vannes, consommation d'énergie, température de surchauffe plus fraîche par rapport à l'environnement, type de corps, nombre de conclusions corporelles, résistance thermique du corps de cristal, le niveau de Qualité de production, le fonctionnement de l'équipement dans lequel l'UP est utilisée.
Toutes les données source, en plus de la consommation d'énergie, la température de la surchauffe en cristal et le groupe d'instrumentation, sont données dans. La consommation d'énergie peut être trouvée dans la littérature technique ou en calculant ou en mesurant au tableau. La température de surchauffe de l'environnement par rapport à l'environnement est comme un produit de puissance consommée et résistance thermique Cristal-Boîtier. L'instrument de fonctionnement de l'équipement est donné dans des conditions techniques sur l'équipement.
Les données initiales pour calculer l'intensité opérationnelle des références de Plit XSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL, XSS 30XL est indiquée dans le tableau 5.
Tableau 5. Données originales
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La source |
Plis Tyobominal |
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|
Xs 05xl |
Xs 10xl |
Xs 20xl |
Xs 30xl |
|
|
La technologie fabrication |
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|
Nombre maximum de journaux vannes claires |
||||
|
Nombre de conéléments logique. Blocs, n CLB |
||||
|
Le nombre d'entrées / sorties est-utilisée, N B / OUT |
||||
|
Type de coquille |
VQFP. |
Tqfp. |
PQFP. |
PQFP. |
|
Nombre de conclusions corporelles |
||||
|
Crys-hauteur de sécurité thermique, 0 C / W |
||||
|
Niveau de traitement de la fabrication |
Commercial |
|||
|
Appareil de groupe d'opérations |
||||
Pour déterminer la température de surchauffe du cristal par rapport à la température ambiante, il est nécessaire de trouver de la puissance consommée pour chaque puce.
Dans la plupart des circuits intégrés CMOS intégrés, presque toutes les puissances dissipées sont dynamiques et sont déterminées par la charge et la décharge des réservoirs de charge internes et externes. Chaque conclusion dans le microcircuit dissipe la puissance en fonction de sa capacité, ce qui est constant pour chaque type de sortie et la fréquence à laquelle chaque interrupteur de sortie peut différer de la fréquence d'horloge du microcircuit. Le pouvoir dynamique général est la quantité de puissance dissipée sur chaque sortie. Ainsi, pour calculer le pouvoir, vous devez connaître le nombre d'éléments utilisés dans le plis. Pour la famille Spartan, les valeurs du courant de consommation actuel de l'entrée / sortie (12MA) avec une charge de 50 pf, la tension d'alimentation de 3,3 et la fréquence maximale de FPGA 80 MHz. En supposant que la consommation d'énergie est déterminée par le nombre de blocs de commutation d'entrée / sortie (comme les consommateurs d'énergie les plus puissants), et en raison du manque de données expérimentales sur la puissance de consommation, nous estimons la puissance consommée par chaque FPGA, étant donné que 50% Les blocs d'entrée / sortie sont commutés simultanément une certaine fréquence fixe (lorsque le calcul de la fréquence a été sélectionné 5 fois plus bas que le maximum).
Le tableau 6 montre les valeurs de la puissance consommée de la pliz et la température de surchauffe des cristaux par rapport au corps du microciricuit.
Tableau 6. Power Consumé Byplla
|
Xs 05xl |
Xs 10xl |
Xs 20xl |
Xs 30xl |
|
|
Consommé pouvoir, w |
||||
|
Température de surchauffe en cristal, 0 s |
Calculez les valeurs des coefficients dans l'équation (1):
λ e \u003d (avec 1 π t + avec 2 π e) π q π π l
Les coefficients π T, C 2, π e, π Q, π, il est calculé sur l'ASR. Coefficients avec 1 Trouver en utilisant l'approximation des valeurs du coefficient C 1 donné à l'ACR pour des plites de degrés d'intégration variable.
Les valeurs du coefficient C 1 pour FPGA sont données dans le tableau 7.
Tableau 7. Valeurs de coefficient avec 1
|
Nombre de vannes dans Plis |
Valeurs de coefficient avec 1 |
|
Jusqu'à 500. |
0,00085 |
|
De 501 à 1000. |
0,0017 |
|
De 2001 à 5000 |
0,0034 |
|
De 5001 à 20 000 |
0,0068 |
Puis pour le nombre maximum de vannes FPS CSS 05XL, XSS 10XL, CSS 20XL, XSS 30XL Nous obtenons la valeur du coefficient C 1, 0,0034, 0,0048, 0,0068, 0,0078, respectivement.
Valeurs des coefficients π T, C 2, π E, π Q, π, Valeurs de cristaux et boîtiers IO, ainsi que des valeurs opérationnelles de la puce IOXSS 05XL, CSS 10XL, CSS 20XL, CSS 30XL montré dans le tableau 8.
Tableau 8. Valeurs opérationnelles de l'IO Plis
|
Désignation et nom des coefficients |
Valeurs des coefficients |
|||
|
Xs 05xl |
Xs 10xl |
Xs 20xl |
Xs 30xl |
|
|
π T. |
0,231 |
0,225 |
0,231 |
0,222 |
|
Avec 2 |
0,04 |
0,06 |
0,089 |
0,104 |
|
π E. |
||||
|
π Q. |
||||
|
π L. |
||||
|
L'intensité des défaillances des stands cré,λkr \u003d. C 1 π t π q π l * 10 6 1 / heure |
0,0007854 |
0,0011 |
0,00157 |
0,0018 |
|
Intensité de défaillance corusseλkorp \u003d C 2 π e π q π l * 10 6 1 / heure |
0,445 |
0,52 |
||
|
Échec opérationnelλe * 10 6 1 / h |
0,2007854 |
0,3011 |
0,44657 |
0,5218 |
Trouvez les valeurs des blocs logiques configurables λ CLB, blocs / blocs de sortie λ w / out et logique de balayage des frontièresλ JTAG pour PLS XSS 05XL, XSS 10XL, HSS 20XL . Pour ce faire, faites un système d'équations linéaires:* S 05 XL - IO Crystal, nombre de blocages logiques configurables, nombre de blocs d'entrée / sortie pour FPGA XSS 05XL, respectivement;
λkr xc S 10 XL, N CLB XC S 10 XL, N B / YOU XS S 10 XL - IO Crystal, Nombre de blocs logiques configurables, nombre d'entrées / sortie de blocs pour Plit XSS 10XL, respectivement;
ΛKR XC S 20 XL, N CLB XC S 20 XL, N B / YOU XS S 20 XL - IO Crystal, Nombre de blocs logiques configurables, Nombre de blocs d'entrée / sortie pour Plit XSS 20XL, respectivement.
Substituer dans le système d'équations IO Cristaux, le nombre de blocs logiques configurables et d'unités d'entrée / sortie, nous obtenons: 0.00157 * 10 -6 \u003d 400 * λ clb + 160 * λ и х / out + λ JTAG
Le système de trois équations linéaires avec trois inconnues a une solution unique:
λ clb \u003d 5.16 * 10 -13 1 / h;λ w / out \u003d 7.58 * 10 -12 1 / h; λ JTAG \u003d 1 498 * 10 -10 1 / heure.
12.1.2. Vérifiez les résultats du calcul
Pour vérifier la solution obtenue, calculez le cristal IO des FPGSXs s 30 xl λkr xs s 30 xl en utilisant des valeurs trouvéesλ clb, λ и х / out, λ jtag.
Par analogie avec des équations systèmeλkr xs s 30 xl 1 est égal à:
ΛKR XS S 30 XL 1 \u003d λ BBB * N CLB XS S 30 XL + λ W / OUT * N Q / YOU XS S 30 XL + λ JTAG \u003d
576* 5,16*10 -13 + 192*7,58*10 -12 + 1 498 * 10 -10 \u003d 0,0019 * 10 -6 1 / heure.
La valeur du cristal IO obtenu avec ASRN est égale à (Tableau 9): 0,0018* 10 -6. Le pourcentage de ces valeurs est: (ΛKR XC S 30 XL 1 - λKR XC S 30 XL) * 100% / λKR XC S 30 xl 1 ≈ 5%.
AO d'une sortie obtenue par la Division de l'IO sur le nombre de conclusions dans les logements de FPGA XSS 05 XL, XS S 10 XL, XS S 20 XL, XS S 20 XL , égal à 0,002 * 10 -6, 0,00208 * 10 -6, 0,0021 * 10 -6, 0,0021 * 10 -6, respectivement, c'est-à-dire. ne diffère pas plus de 5%.
La différence entre les valeurs de la comptabilité d'environ 5% est déterminée, probablement adoptée lors du calcul des valeurs approximatives de la capacité de dispersion et, par conséquent, des valeurs inexactes des coefficientsπ t, ainsi que la présence d'éléments non comptabilisés de FPGS, des informations qui manquent dans la documentation.
L'Annexe contient un bloc de calcul de calcul et teste les intensités des échecs des régions fonctionnelles des FPGS.
13. Conclusions
1. Il est recommandé par la méthode d'évaluation des nœuds fonctionnels de circuits intégrés.
2. Cela vous permet de compter:
a) pour les schémas de mémoire - périphériques de stockage de stockage IO, cellules de mémoire, décodeurs, circuits de contrôle;
b) pour les microprocesseurs et les microcontrôles - périphériques de stockage IO, registres, ADC, CAD et sur la base de blocs fonctionnels;
c) Pour les circuits intégrés logiques programmables - IO, qui sont inclus dans des blocs de différentes fins fonctionnelles - des blocs logiques configurables, des unités d'entrée / sortie, des cellules mémoire, JTAG et basées sur leurs blocs fonctionnels.
3. La méthode de vérification des valeurs calculées des nœuds fonctionnels IO.
4. Application de la méthodologie de test, les valeurs calculées des assemblys fonctionnels de circuits intégrés, ont montré l'adéquation de l'approche proposée pour évaluer l'IO.
application
Schéma de blockey pour calculer les défaillances d'intensité des nœuds fonctionnels FPGA
Littérature
Porter D.C, Finke W.A. Caractérisation de la réassabilité une prédiction de IC. PADS-TR-70, P.232.
Manuel militaire 217F. "Prévision de la réactivité des équipements électroniques". Département de la défense, Washington, DC 20301.
“Système automatisé Le calcul de la fiabilité ", développé par le 22CNII du ministère de la Défense de la Fédération de Russie avec la participation de la Renia" ElectronStandart "et JSC" Standorelektro ", 2006
"Dispositifs de stockage à semi-conducteurs et leur utilisation", V.P.Andreyev, V.V. Baranov, N.V. Bekin et al.; Édité par Gordonov. M. radio et communication. 1981.-344.
Perspectives de développement Équipement informatique: B. 11 kN: Réf. Manuel / édité par yu.m.smirnova. Kn. 7: "Dispositifs de stockage à semi-conducteurs", A.b.akinfiyev, V.I. Mironetsev, GD Sofia, V.V. Titsrkin. - M.: plus haut. SHK. 1989. - 160 p.: Il.
"Schéma des périphériques de stockage permanents bis", O.A.Petrosyan, I.Y.Kozyr, L.A. Koldov, Yu.i.schetinin. - m.; Radio et Communication, 1987, 304 p.
"Fiabilité des périphériques de stockage opérationnels", Ordinateur, Leningrad, Energoisdat, 1987, 168 p.
TIIER, T.75, IP.9, 1987.
Xilinx. La logique programmable. Date du livre 2008http: www.xilinx.com.
"Secteur des composants électroniques", Russie-2002G - M.: Maison d'édition "Dodeca-xxi", 2002.
DS00049R-Page 61 2001 Technologie Microchip Inc.
TMS320VC5416 Processeur de signal numérique à point fixe, manuel de données, numéro de littérature SPRS095K.
CD-ROM entreprises Technologie de périphérique intégrée.
Holtec Semiconductor CD-ROM.
test
3. Calcul de l'intensité de défaillance
Calculez l'intensité des échecs pour les valeurs spécifiées T et T
Le sous-système de contrôle comprend des blocs connectés à la série K (fig.3.1).
Figure 3.1 - Schéma de connexion de bloc électronique
L'intensité de défaillance est calculée par formule (3.1).
où est la probabilité statistique de défaillance de l'appareil sur l'intervalle (t, t + dt)
P (t) -beverness travail sans problème dispositifs;
DT \u003d 3 · 103 heures. L'intervalle d'observation adopté plus tôt dans le travail;
Je définis la probabilité statistique de la défaillance de l'appareil à un intervalle donné (12,5 · 103h) de la table (2.1) et je trouve l'intensité des défaillances;
À condition que l'intensité des échecs ne change pas pendant toute la durée de vie de l'objet, c'est-à-dire L \u003d const, alors l'opération à l'échec est distribuée sur la loi exponentielle et la probabilité de fonctionnement sans problème du bloc dans ce cas est déterminée par formule (3.2)
Et le blocage moyen du bloc à l'échec est déterminé par formule (3.3)
L'intensité des défaillances du sous-système LP (T) formé à partir de blocs K-séquentiellement inclus, à la recherche de la formule (3.4)
Puisque tous les blocs ont le même système d'échec, je définis en fonction de la formule (3.5)
La probabilité d'exploitation sans problème du sous-système détermine en fonction de la formule (3.6)
Le temps moyen de la défaillance du sous-système définit de la même manière par formule (3.3)
Les résultats du calcul des dépendances des probabilités de l'exploitation sans problème d'un bloc et du sous-système de l'opération que je ne ferai aucun dans le tableau 3.2
Tableau 3.2.
Je construis un graphique de dépendances et
Figure 3.1 - Calendrier de dépendance et.
Pour toute distribution de défaillance opérationnelle, la probabilité d'exploitation sans problème d'un sous-système constitué de blocs connectés de la série K est associée à des probabilités de fonctionnement sans problème de ces blocs par la formule (3.7)
Si les blocs sont également fiables, la probabilité de fonctionnement sans problème du sous-système définit par formule (3.8)
Je calcule la probabilité de l'exploitation sans problème du sous-système pendant une fois occasionnellement égale aux formules (3.6) et (3.8) et comparez les résultats:
Les résultats du calcul sur les deux formules sont les mêmes.
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Partie 1.
introduction
Le développement d'équipements modernes est caractérisé par une augmentation significative de sa complexité. La complication provoque une augmentation de la garantie de la rapidité et de l'exactitude des problèmes de résolution des problèmes.
Le problème de la fiabilité est originaire des années 50 lorsque le processus de complication rapide des systèmes a commencé et de nouveaux objets ont commencé à être mis en œuvre. À l'heure actuelle, les premières publications qui définissent les concepts et les définitions relatifs à la fiabilité ont été créées [1] et ont été créées par la méthode d'évaluation et de calcul de la fiabilité des dispositifs par des méthodes de statistique probabilistes.
Enquête sur le comportement de l'équipement (objet) pendant le fonctionnement et l'évaluation de sa qualité détermine sa fiabilité. Le terme "exploitation" vient du mot français "exploitation", ce qui signifie recevoir le bénéfice ou bénéficier de n'importe quoi.
Fiabilité - La propriété Objet effectue les fonctions spécifiées, en conservant les valeurs des performances opérationnelles installées dans les limites spécifiées.
Pour quantifier la fiabilité de l'objet et de la planification de l'opération, des caractéristiques spéciales sont utilisées - des indicateurs de fiabilité. Ils nous permettent d'évaluer la fiabilité de l'objet ou de ses éléments dans diverses conditions et à différentes étapes de fonctionnement.
De plus en détail, les indicateurs de fiabilité peuvent être trouvés dans GOST 16503-70 - "Produits industriels. Nomenclature et caractéristiques des principaux indicateurs de fiabilité.", GOST 18322-73 - "Systèmes d'entretien et de réparation de la technologie. Termes et définitions. ", GOST 13377-75 -" Fiabilité dans la technique. Termes et définitions. "
Définitions
Fiabilité - Propriété [Suivant - ((s)] Objet [ci-après - (OB)] Effectuez les fonctions requises, en maintenant sa performance opérationnelle pendant une période donnée.
La fiabilité est globale, combinant le concept de capacité de travail, de fiabilité, de durabilité, de maintenabilité et de sécurité.
Performance - est un état sur lequel il est capable d'effectuer ses fonctions.
Faiblesse - afin de maintenir ses performances pendant un certain temps. Un événement qui perturbe la performance de l'OB est appelé refus. L'auto-configuration est appelée une défaillance.
Durabilité - Il est nécessaire de maintenir ses performances avant l'état ultime, lorsque son exploitation devient impossible pour des raisons techniques, économiques, des conditions de sécurité ou la nécessité de révision.
Maintenabilité - Détermine l'adaptabilité de l'avertissement et de la détection des défauts et des défaillances et éliminez-les à travers des réparations et de la maintenance.
Savabilité - Il est nécessaire de maintenir en permanence ses performances pendant et après le stockage et la maintenance.
Principaux indicateurs Fiabilité
Les principaux indicateurs de la fiabilité de la qualité sont la probabilité d'un fonctionnement sans problème, de l'intensité des défaillances et de l'opération moyenne à l'échec.
Probabilité de travail sans problème
P (t) représente la probabilité que dans la période déterminée T., le refus ne survient pas. Cet indicateur est déterminé par le ratio du nombre d'éléments sur, troublé librement, a fonctionné librement jusqu'au moment du temps T. Au nombre total d'éléments sur le fonctionnement du premier moment.
Intensité de défaillance l (t) - C'est le nombre d'échecs NT) Éléments du temps par unité, attribué au nombre moyen d'éléments NT. À propos de faire du travail au moment RÉ.t.:
l (t) \u003d n (t) / (nt * d t)
où
RÉ.
t. - une période de temps spécifiée.
par example: 1000 éléments sur les 500 heures travaillées. Pendant ce temps, 2 éléments ont été refusés. D'où l (t) \u003d n (t) / (nt * d t) \u003d 2 / (1000 * 500) \u003d 4 * 10 -6
1 / h, c'est-à-dire En 1 heure, il peut refuser le 4ème élément d'un million.
Les indicateurs de l'intensité des défaillances des composants sont prises sur la base de données de référence [1, 6, 8]. Par exemple, l'intensité des échecs est donnée. l (t) Certains éléments.
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Nom de l'élément |
Intensité de défaillance, * 10 -5, 1 / h |
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Résistances |
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Condensateurs |
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Transformateurs |
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Bobines d'inductivité |
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Dispositifs de commutation |
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Soudure combinée |
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Fils, câbles |
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Moteurs électriques |
Fiabilité de la manière dont les systèmes sont caractérisés par le flux d'échec L.numériquement égal à la somme de l'intensité des défaillances de dispositifs individuels: L \u003d ål i La formule calcule le flux de défaillances et de périphériques individuels sur la composition consistant à partir de divers nœuds et éléments caractérisés par son intensité de défaillance. La formule est valable pour calculer le flux d'échec de flux de N. Éléments dans le cas lorsque le refus de l'un d'entre eux conduit à l'échec de l'ensemble du système dans son ensemble. Une telle connexion d'éléments s'appelle logiquement séquentielle ou principale. De plus, il existe une connexion logiquement parallèle des éléments lorsque la sortie de leur structure ne conduit pas à la défaillance du système dans son ensemble. Constabilité de probabilité de travail sans problème P (t) et flux d'échec L. Déterminé: P (t) \u003d exp (- d t) , il est évident que 0 Opération moyenne avant le refus À. - Il s'agit d'une attente mathématique du travail d'OB au premier refus: À \u003d 1 / L \u003d 1 / (Ål i) , ou donc: L \u003d 1 / à Le temps d'exploitation sans problème est égal à la valeur inverse de l'intensité de défaillance. par example : La technologie des éléments fournit l'intensité de défaillance moyenne. l i \u003d 1 * 10 -5 1 / h . Quand utilisé dans environ N \u003d 1 * 10 4 Détails élémentaires Intensité de défaillance totale l. oh \u003d. N * l i \u003d 10 -1 1 / h . Puis le temps moyen du travail sans problème sur À \u003d 1 / l o \u003d 10 h. Si vous remplissez OB basée sur 4 grands circuits intégrés (BIS), le temps moyen du travail sans problème augmentera en N / 4 \u003d 2500 fois et sera de 25 000 heures ou 34 mois ou environ 3 ans. Calcul de la fiabilité
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Intensité des échecs Il s'appelle le ratio du nombre de non-échantillons de l'équipement par unité de temps au nombre moyen d'échantillons, fonctionnant au cours d'une période donnée, à condition que les échantillons refusés ne soient pas restaurés et non remplacés par le bien.
Cette caractéristique est indiquée. Selon la définition
où n (t) est le nombre d'échantillons refusés dans l'intervalle de temps; - intervalle de temps, 
- le nombre moyen d'échantillons de travail dans l'intervalle; N I est le nombre d'échantillons de travail au début de l'intervalle, N i +1 est le nombre d'échantillons de travail à la fin de l'intervalle.
L'expression (1.20) est une définition statistique de l'intensité de défaillance. Pour une représentation probabiliste de cette caractéristique, nous établissons la relation entre l'intensité de l'échec, la probabilité d'un fonctionnement sans problème et la fréquence des défaillances.
Substituez une expression pour N (T) à partir de formules (1.11) et (1.12) à l'expression (1.20). Ensuite, nous obtenons:
.
Considérant l'expression (1.3) et le fait que n cf \u003d n 0 - N (t), nous allons trouver:
.
Aspirant à zéro et à passer à la limite, nous obtenons:
. (1.21)
Intégration d'expression (1.21), nous obtenons:
Depuis, sur la base de l'expression (1.21), nous obtiendrons:
. (1.24)
Expressions (1.22) - (1.24) Établissez la relation entre la probabilité d'un fonctionnement sans problème, la fréquence des défaillances et l'intensité des défaillances.
L'expression (1.23) peut être une définition probabiliste de l'intensité de défaillance.
L'intensité des échecs en tant que caractéristique quantitative de la fiabilité présente un certain nombre d'avantages. C'est une fonction de temps et vous permet d'établir visuellement les zones caractéristiques de l'équipement. Cela peut se permettre d'augmenter considérablement la fiabilité de l'équipement. En effet, si le temps de travail est connu (T 1) et la fin du temps de travail (T 2), il est donc raisonnable de fixer l'heure de la formation de l'équipement avant qu'il ne commence
la prédation et sa ressource avant la réparation. Cela vous permet de réduire le nombre d'échecs pendant le fonctionnement, c'est-à-dire Cela conduit en fin de compte pour augmenter la fiabilité de l'équipement.
L'intensité de défaillance en tant que caractéristique quantitative de la fiabilité a le même désavantage que la fréquence des défaillances: il vous permet de simplement caractériser simplement la fiabilité de l'équipement uniquement avant la première échec. Par conséquent, il est une caractéristique pratique de la fiabilité des systèmes d'utilisation ponctuelle et, en particulier des éléments les plus simples.
Selon une caractéristique connue, le reste des caractéristiques quantitatives de la fiabilité est le plus simplement défini.
Les propriétés spécifiées de l'intensité de défaillance permettent de considérer la principale caractéristique quantitative de la fiabilité des éléments les plus simples de l'électronique.
Il existe des indicateurs probabilistes (mathématiques) et statistiques de fiabilité. Les indicateurs mathématiques de fiabilité sont dérivés des fonctions théoriques de la répartition des probabilités des défaillances. Les indicateurs de fiabilité statistique sont déterminés par des moyens expérimentaux lors du test d'objets basés sur le fonctionnement des données statistiques de l'équipement.
La fiabilité est une fonction de nombreux facteurs, dont la plupart sont aléatoires. Il est clair qu'il existe un grand nombre de critères pour évaluer la fiabilité de l'objet.
Le critère de fiabilité est un signe qui est évalué par la fiabilité de l'objet.
Les critères et les caractéristiques de fiabilité sont probabilistes, car les facteurs affectant l'objet sont aléatoires et nécessitent une évaluation statistique.
Les caractéristiques de fiabilité quantitatives peuvent être:
probabilité de travail sans problème;
le temps moyen de l'exploitation sans problème;
intensité de défaillance;
fréquence de défaillance;
Divers facteurs de fiabilité.
1. La probabilité de travail sans problème
Sert comme l'un des principaux indicateurs lors du calcul de la fiabilité.
La probabilité de fonctionnement sans problème de l'objet est appelée probabilité qu'il enregistre ses paramètres dans les limites spécifiées pendant une certaine période dans certaines conditions de fonctionnement.
À l'avenir, nous pensons que l'exploitation de l'objet se produit en permanence, la durée du fonctionnement de l'objet est exprimée en unités de temps T et de fonctionnement démarré au temps t \u003d 0.
Note par p (t) la probabilité d'un fonctionnement sans problème de l'objet sur la durée. La probabilité considérée comme la fonction de la bordure supérieure du segment du temps est également appelée fonction de fiabilité.
Note probabiliste: p (t) \u003d 1 - q (t), où Q (t) est la probabilité de refus.
De l'horaire, il est évident que:
1. p (t) - fonction de temps non gagnant;
2. 0 ≤ p (t) ≤ 1;
3. p (0) \u003d 1; P (∞) \u003d 0.
En pratique, une caractéristique plus pratique est parfois la probabilité d'un travail défectueux ou d'une possibilité de refus:
Q (t) \u003d 1 - p (t).
Caractéristique statistique de la probabilité d'échecs: q * (t) \u003d n (t) / n
2. Échec de la fréquence
La fréquence des échecs s'appelle le rapport du nombre d'objets refusés à leur nombre total avant le début du test, à condition que les objets défaillants ne soient pas réparés et ne sont pas remplacés par de nouveaux, c'est-à-dire.
a * (t) \u003d n (t) / (nΔt)
où une * (t) est la fréquence des échecs;
N (t) - le nombre d'installations d'installation dans l'intervalle de temps de T-T / 2 à T + T / 2;
ΔT - intervalle de temps;
N - Le nombre d'objets impliqués dans le test.
La fréquence des défaillances est la densité de la distribution du temps de travail à son échec. Définition probabiliste de la fréquence de défaillance A (t) \u003d -p (t) ou a (t) \u003d q (t).
Ainsi, entre la fréquence des défaillances, la probabilité d'un fonctionnement sans problème et la probabilité d'échecs dans une loi de la distribution du temps d'échec Il existe une dépendance sans ambiguïté: q (t) \u003d ∫ A (t) dt.
L'échec est interprété dans la théorie de la fiabilité en tant qu'événement aléatoire. La théorie est basée sur une interprétation statistique de la probabilité. Les éléments et les systèmes formés sont considérés comme des objets de masse appartenant à un agrégat général et travaillant dans des conditions statistiquement homogènes. Quand ils parlent de l'objet, en substance, au bas de la prise de l'objet de l'agrégat général, un échantillon représentatif de cette totalité et souvent de l'ensemble de la population en général.
Pour les installations de masse, une estimation statistique de la probabilité d'exploitation sans problème P (T) peut être obtenue en traitant les résultats du test pour la fiabilité d'échantillons suffisamment volumineux. La méthode de calcul de l'évaluation dépend du plan de test.
Laissez l'échantillon teste des objets N ont été effectués sans remplacement et récupération à la défaillance du dernier objet. Destinateurs la durée du temps avant la défaillance de chacun des objets T 1, ..., t n. Ensuite, évaluation statistique:
P * (t) \u003d 1 - 1 / N ση (T-T)
où η est la fonction singulière de Hevisida.
Pour la probabilité d'un fonctionnement sans problème sur un certain segment, l'estimation est pratique pour P * (T) \u003d / N,
où n (t) est le nombre d'objets refusés à T.
La fréquence des défaillances déterminées par le remplacement des produits non référencés non-produits est parfois appelée fréquence moyenne des défaillances et est noté Ω (t).
3. Intensité des échecs
L'intensité des défaillances λ (t) est appelée le rapport du nombre d'objets défaillants par unité de temps au nombre moyen d'objets fonctionnant dans cette période de temps, à condition que les objets défaillants ne soient pas restaurés et non remplacés par le bien: λ (t) \u003d n (t) /
où n cf \u003d / 2 est le nombre moyen d'objets qui fonctionnaient dans la plage de temps ΔT;
N I est le nombre de produits fonctionnant au début de l'intervalle ΔT;
N i + 1 est le nombre d'objets qui fonctionnent à la fin de l'intervalle de temps ΔT.
Les tests de ressources et les observations sur de grands échantillons d'objets montrent que, dans la plupart des cas, l'intensité des défaillances varie dans le temps non monotonique.
De la courbe de la relation des défaillances à temps, on peut constater que toute la période de fonctionnement de l'objet peut être divisée de manière conditionnelle en 3 périodes.
I - ème période permanente.
Les défaillances de performance sont généralement le résultat de la présence de défauts et d'éléments défectueux, dont la fiabilité est nettement inférieure au niveau requis. Avec une augmentation du nombre d'éléments du produit, même avec le contrôle le plus strict, il n'est pas possible d'exclure complètement la possibilité de saisir des éléments qui ont certains défauts cachés. De plus, des erreurs lors de l'assemblage et de l'installation peuvent également être refusées pour refuser au cours de cette période, ainsi que le rendement insuffisant de l'installation par le personnel de service.
La nature physique de ces défaillances est de nature aléatoire et diffère des défaillances soudaines de la période normale de fonctionnement, le fait que les refus ne peuvent avoir lieu à élever, mais avec des charges mineures ("éléments défectueux brûlants").
Une diminution de la valeur de l'intensité de la défaillance de l'objet en général, la valeur constante de ce paramètre pour chacun des éléments séparément, est expliquée avec précision par le "brûlage" de liens faibles et leur remplacement est le plus fiable. La courbe de refroidissement dans cette zone, meilleure: des éléments moins défectueux resteront dans le produit en peu de temps.
Pour augmenter la fiabilité de l'objet, étant donné la possibilité d'échecs permanents, vous avez besoin:
mener une rejet plus stricte des éléments;
effectuer des tests de l'objet sur des modes proches de l'opérationnel et n'utilisez que les éléments qui ont passé des tests pendant l'assemblage;
améliorer la qualité de l'assemblage et de l'installation.
Le temps moyen de la batterie est déterminé lors du test. Pour des cas particulièrement importants, il est nécessaire d'augmenter la période de développement plusieurs fois par rapport à la moyenne.
II - Temps - Fonctionnement normal
Cette période se caractérise par le fait que les défaillances de l'oreille sont déjà terminées et que les échecs associés à l'usure n'ont pas encore été arrivés. Cette période est caractérisée par des défaillances extrêmement soudaines d'éléments normaux, le travail sur le refus est très important.
La préservation du niveau des échecs à ce stade est caractérisée par le fait que l'élément de refus est remplacé par le même, avec la même probabilité d'échec, et non le meilleur, comme cela se produisait lors de la précision.
Le rejet et la pré-exécution dans les éléments qui sont remplacés par le refus, ont une importance encore plus importante pour cette étape.
Le concepteur a les plus grandes possibilités de résoudre cette tâche. Modification souvent la conception ou faciliter les modes de fonctionnement d'un ou deux éléments ne constitue une forte augmentation de la fiabilité de l'objet entier. La deuxième méthode consiste à améliorer la qualité de la production et même la propreté de la production et du fonctionnement.
III - 1 - Porter
La période de fonctionnement normal se termine lorsque les défaillances d'usure commencent à se produire. Vient la troisième période de la vie du produit - la période d'usure.
La probabilité d'échecs due à l'usure avec l'approche de la durée de vie augmente.
D'un point de vue probabiliste, le système échoue dans cette période de temps ΔT \u003d T 2 - T 1 est défini comme la probabilité de défaillance:
∫a (t) \u003d q 2 (t) - q 1 (t)
L'intensité des défaillances est la probabilité conditionnelle que, dans la période de temps, un refus se produira, à condition qu'il n'ait pas eu lieu λ (t) \u003d / [ΔTP (t)]
Λ (t) \u003d lim / [ΔTP (t)] \u003d / \u003d q "(t) / p (t) \u003d -p" (t) / p (t)
Depuis un (t) \u003d -p "(t), alors λ (t) \u003d a (t) / p (t).
Ces expressions établissent la relation entre la probabilité d'exploitation sans problème, la fréquence et l'intensité des défaillances. Si une (t) est une fonction non gagnante, le rapport est vrai:
ω (t) ≥ λ (t) ≥ A (t).
4. Temps moyen du travail sans problème
Le temps moyen du travail sans problème est appelé temps d'attente mathématique de fonctionnement sans problème.
Définition probabiliste: le temps moyen de l'opération sans problème est égal à la zone sous la courbe de la probabilité d'une opération sans problème.
Définition statistique: t * \u003d σθ i / n 0
où θ i est le moment de l'exploitation du I-ème objet à l'échec;
N 0 - le nombre initial d'objets.
De toute évidence, le paramètre T * ne peut pas caractériser pleinement et de manière satisfaisante la fiabilité des systèmes à long terme, car il s'agit d'une caractéristique de fiabilité uniquement à la première défaillance. Par conséquent, la fiabilité des systèmes à long terme est caractérisée par un délai moyen entre deux échecs adjacents ou sur l'échec de la CP:
t cf \u003d σθ i / n \u003d 1 / Ω (t),
où n est le nombre d'échecs pour T;
θ i - le temps de fonctionnement de l'objet entre (I-1) -M et I-M échecs.
L'appui sur l'échec est la valeur moyenne du temps entre les défaillances adjacentes, sous réserve de la restauration de l'élément défaillant.
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