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具有良好的可靠性是功能安全的 3 大支柱之一，因此可靠性預測非常重要，如果沒有其他方法可以允許在不同架構(gòu)之間進行比較，但 IEC 61508 確實對每小時危險故障概率有強制性值，為了滿足這一點，您需要可靠性預測。但是，在有人發(fā)表評論之前，可以使用冗余和診斷來使用不可靠的組件設計一個安全的系統(tǒng)，我在最近的博客中談到了這一點。也可以使用可靠的組件設計不安全的系統(tǒng)，但我跑題了。然而，正如我所說，可靠性以及HFT（硬件容錯），SFF（安全故障分數(shù)）以及采取措施防止引入設計錯誤是功能安全的支柱。

圖1 ADI公司可靠性手冊中的浴盆曲線

許多物品的可靠性遵循通常稱為浴缸曲線的形狀，如上所示。首次通電時，故障率可能很高，一旦超過物品的使用壽命，故障率再次很高，但在其壽命中期，可靠性達到穩(wěn)定的故障率，這是通常用于可靠性預測的數(shù)字。開始時的延長期可能為48小時或更短，ADI公司會進行ELF（早期故障）測試，以測量此故障率并調(diào)試其制造工藝以消除此類故障。半導體的磨損階段通常為20年或更長時間，但取決于任務概況（在不同溫度下花費的時間）。還進行了測試以確保此使用壽命，HTOL – 高溫工作壽命，以及使用DRC（設計規(guī)則檢查器）和其他工具。

對此數(shù)據(jù)的批評是，它只包括隨機硬件故障，不包括由于系統(tǒng)原因引起的故障。這種批評是有道理的，因為如果ADI在HTOL測試期間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，則會修復故障，并消除故障源。因此，基于HTOL的數(shù)據(jù)不包括由于客戶誤用設備而導致的故障，由于誤讀或數(shù)據(jù)表不準確的故障，由于未正確保護設備免受電氣過應力而導致的故障等。但是，我對此很好，因為我認為我們應該只使用包含隨機硬件故障率的數(shù)據(jù)，因為在IEC 61508等功能安全標準中，隨機和系統(tǒng)故障的處理方式不同。

可靠性數(shù)據(jù)以FIT（時間故障）引用，F(xiàn)IT（在1億年的運行時間內(nèi)預期的故障次數(shù)）。當某些東西具有非常高的可靠性時，可以使用該單位，因為它提供易于解釋的數(shù)字，例如 10 FIT 或 100 FIT，而不是 1e-8/h 和 1e-7/h。如果某物的 FIT 為 1，這并不是說該設備的壽命為 1 億年，而是如果您有 1 萬臺設備運行 1000 小時，如果 FIT 為 1，則可以預期由于隨機硬件故障問題而導致的一次故障。

FIT實際上是在60%的置信水平和90%的置信水平下給出的。功能安全標準通常尋找70%或其他置信水平的數(shù)字，我之前寫過一篇關于如何從一個置信度轉(zhuǎn)換到另一個置信度的博客，見這里。該工具僅允許您輸入平均工作溫度，雖然這對于工業(yè)應用通常是可以接受的，但我們的汽車同事使用更令人印象深刻的任務配置文件來反映更高溫度下的更高故障率。在這些情況下，可以將上述預測輸入Excel電子表格，并使用Arrhenius方程求解任意任務配置文件的可靠性數(shù)字。

如果產(chǎn)品是多芯片解決方案，例如我們的數(shù)字隔離器中經(jīng)常使用的解決方案（光耦合器替代品），則將對封裝中的每個芯片進行預測。

表中的數(shù)據(jù)基于HTOL（高溫工作壽命）測試，該測試是在燃燒爐中進行的一種形式或加速測試。此外，它不僅包括其自身的數(shù)據(jù)，而且通常還包括ADI在該工藝節(jié)點上提交給HTOL測試的每個部件的數(shù)據(jù)。還給出了這些部件和測試溫度（通常為125'c或150'c以獲得加速度系數(shù)）的列表。使用這種替代數(shù)據(jù)是被廣泛接受的。如果您使用的是ADI的新工藝節(jié)點，則不會有很多先前完成的定性來收集數(shù)據(jù)，也無法在60%置信水平下獲得可靠性預測，而報價的FIT可能非常高。隨著越來越多的零件在工藝節(jié)點上完成HTOL測試，置信度會增強，當然，如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，報價的FIT將會下降。

如果您不想使用ADI數(shù)據(jù)，那么可靠性預測的常見來源是使用IEC 62380。下面顯示了使用 IEC 62380 預測芯片可靠性的公式，對于我們的客戶來說，使用該公式可能很困難，因為您可能不知道晶體管數(shù)量等信息。