česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 22. říjen 2020

ECAD Plug-Ins pro rychlý odhad spolehlivosti obvodu (MTBF)

DPS 3/2020 | CAD/CAE/CAM - články
Autor: Ing. Milan Klauz | CADware s. r. o.
01.png

Izraelská společnost BQR, výrobce softwaru fiXtress pro analýzu spolehlivosti elektronických obvodů, nabízí moduly tohoto programu upravené pro přímé napojení (plug-in) na programy pro kreslení schematických zapojení systémů PADS (xDX Designer), OrCAD a Altium. Cílem je umožnit uživatelům zmíněných programů získat rychlou předpověď spolehlivosti nakresleného zapojení.

Takto upravený fiXtress si čte z nakresleného schématu potřebná data přímo v podobě výpisu součástek (partlist) a zapojení (netlist).

Předpověď spolehlivosti nakresleného zapojení se vypočítává podle standardu Mil HNBK 217 (vojenský standard) nebo Telcordia SR-332 (třetí vydání), což je standard pro telekomunikační zařízení. Výpočet je založen na spolehlivosti součástek podle jejich typů (rezistor, kondenzátor, diody, integrované obvody), jejich elektrického zatížení, použití (stacionární, mobilní, námořní, letecké atd.) a teploty prostředí (případně rozsahu teplot).

Program si může elektrické zatížení součástek vypočítat nebo je lze do programu zapsat v případě, kdy to nejde provést. Jedná se tedy o zjednodušenou metodu v porovnání s verzí programu fiXtress, který má vlastní simulátor pro zjištění zatížení součástek.

Výsledkem je hodnota MTBF (Mean Time Between Failure), která udává dobu v tisících hodin mezi možnými poruchami a informace o elektrickém zatížení součástek, které je užitečným vodítkem pro snadné stanovení jejich správných hodnot.

cad-1
Obr. 1 Uživatelské prostředí programu fiXtress. Spolehlivost jednotlivých součástek je vyjádřena hodnotou FR
(Failure Rate = převrácená hodnota MTBF) při nastavené teplotě 25 °C, prostředí použití Env (GB = Ground Base)
a výpočtu podle standardu Pred.Met (Prediction Method = MIL-C217F2). Vypočtené MTBF (hrs) platí pro celý obvod.

Vývojář se tak může snadno a rychle dozvědět:

  • MTBF hodnotu celého obvodu,
  • které součástky přispívají nejvyšší měrou k snížení spolehlivosti daného zapojení,
  • jak optimálně upravit zátěžové hodnoty součástek.

cad-2
Obr. 2 Výsledek analýzy – vliv druhů součástek na spolehlivost sestavy

Plug-in moduly umožňují snadnou návaznost na kompletní program fiXtress, ve kterém lze předpověď spolehlivosti zpracovat precizněji, včetně elektrické kontroly nakresleného schématu. Tolik stručný popis. Otázkou by mohlo být, k čemu je vlastně dobré předvídat spolehlivost a proč zrovna ze schématu? Zde je odpověď:

Zatímco si umíme představit, že vojenské, letecké, drážní, lékařské a další zařízení musí nějakým způsobem vyhovovat požadavkům na spolehlivost, u jiných to tak zřejmé už není. A přece – informace o předpokládané spolehlivosti může být někdy výhodou v konkurenčním boji, ale vždy může velmi dobře posloužit k optimalizaci obvodu z pohledu použitých součástek. Jak to?

Analýza spolehlivosti bere v úvahu použité součástky a jejich elektrické zatížení. Rezistor vytížený na 75 % svých povolených hodnot bude mít určitě nižší spolehlivost než rezistor vytížený pouze na 20 %. V prvním případě mluvíme o poddimenzované součástce, zatímco v druhém případě se jedná o předimenzovanou. Ani jedna varianta není optimální – poddimenzovaná způsobí dříve nebo později problém celému obvodu, předimenzovaná bude nejspíš rozměrově větší a pravděpodobně i dražší.

Program vypíše poddimenzované součástky jako problematické a předimenzované součástky doporučí k přehodnocení. Výsledkem potom není jen zvýšená spolehlivost, ale i nižší náklady, snížená hmotnost, menší rozměry, celkově tedy lepší návrh.

A proč odhad spolehlivosti ze schématu? Standardy používané pro výpočet spolehlivosti vychází ze spolehlivosti součástek, respektive z její převrácené hodnoty Failure Rate (FR), která je zjištěna empiricky, na základě zkušeností. Program také přihlíží k jejich použití, teplotě okolí atd. Nebere se v úvahu skutečné provedení elektronické sestavy, kde jsou dané součástky použity, předpokládá se, že je bezproblémové. To pochopitelně není ve skutečnosti pravda, ale tím se už zabývá jiná část odhadu spolehlivosti na základě tzv. Physics of Failure. Analýzám spolehlivosti tohoto typu se dnes věnuje například americká firma DfR Solutions se svým programem Sherlock.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik