[发明专利]基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及电子技术，具体说就是一种基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法。

(二)背景技术

随着现代科技工业的迅速发展，对系统进行可靠性设计已成为产品质量设计中不可缺少的一部分，而在产品的三次设计(系统设计、参数设计和容差设计)过程中，容差设计又是进一步提高产品质量，降低其对设计参数和噪声偏差敏感性的重要方法。电子系统元器件的参数值在实际工作中会受到各种因素的影响而发生波动，主要包含以下几种情况：(1)由于制造工艺的原因，使组成系统的元器件参数通常对标称值有一定的偏差；(2)由于使用条件的变化，如环境温度、湿度的变化，会使电子元器件参数发生漂移；(3)由于退化效应，即随着时间的积累，元器件参数也会发生变化。这些波动都会导致电子系统质量特性的下降，甚至会超出其安全工作范围而发生故障。

电子系统的可靠性容差设计，是在组成电子系统的各元器件参数中心值一定的情况下，分析和分配各参数容差，从而保证电子系统输出响应偏差最小的设计方法。该方法根据元器件参数的波动对系统质量特性贡献的大小来确定各参数的最合理的容差范围，只对于影响较大的参数给予较小的容差，使总损失(质量和成本的和)达到最佳。容差设计主要是协调减小质量特性波动与增加制造费用的关系，以获得高质量低成本的产品。传统的可靠性容差设计，只关心产品输出的稳定性和一致性，虽然可以有效解决系统质量特性波动大的问题，但是对于系统自身的可靠性和寿命却没有进行分析和设计，质量特性没有提高，因此不能满足现在产品质量设计的需求。基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法的提出能够解决产品质量控制的问题，满足现代产品质量设计的需求。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种通过EDA技术确定灵敏元器件的最佳参数容差，减小因参数和噪声偏差带来的元器件应力的波动，从而保证系统中每个元器件都工作在安全应力条件下的电子系统多目标可靠性容差设计方法。

本发明的目的是这样实现的：一种基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法，步骤如下：

步骤一：建立电子系统的Pspice仿真模型，利用可靠性建模和可靠性预计、故障模式与影响分析、故障树分析等可靠性分析方法，找到影响电子系统故障的关键元器件；

步骤二：根据电子系统所处的环境条件，以及元器件所受的应力载荷，建立关键元器件可靠性退化模型；

步骤三：根据元器件的退化模型分析，找到影响关键元器件寿命的关键应力因素，将其作为多目标容差设计的目标函数，根据系统的可靠性指标或根据元器件实际所受应力情况来确定其约束条件；

步骤四：结合正交试验的设计方法，对目标函数进行灵敏度分析，找出影响目标函数的灵敏元器件；

步骤五：结合均匀试验设计方法，对目标函数进行最坏情况分析和蒙特卡洛分析，通过多元线性回归分析建立目标函数与参数容差之间的回归方程，找到所有满足特性指标的容差组合；

步骤六：建立基于质量损失的多目标容差优化函数，利用遗传算法对其进行求解，从多种容差组合中选择最优的容差分配方案；

步骤七：对多目标容差设计的结果进行检验，若不能满足电子系统可靠性的要求，则需要重新确定目标函数及其约束条件，再次进行设计，直到设计结果满足要求为止。

本发明一种基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法，是在传统的容差设计方法基础上提出来的。传统容差设计方法以系统的目标输出值为函数，并且只对影响输出目标值的灵敏因素和元器件给予较小的容差。这样只能保证批量生产出的产品的初始输出特性稳定一致，并不能在设计时就保证系统有较高的可靠性。而多目标容差设计方法不仅把电子系统的输出特性作为研究对象，而且把组成电子系统的每一个元器件都作为研究对象，从中确定影响系统可靠性和寿命的关键元器件，并将导致其失效的应力因素作为容差设计的目标。利用灵敏度分析法找到影响目标函数的灵敏因素和元器件，分析灵敏因素的波动对元器件可靠性和寿命的影响，通过对灵敏元件进行容差控制，减小因参数和噪声偏差导致的元器件应力的波动，从而在不改变系统参数及结构的情况下提高系统内部每个元器件的寿命，进而提高电子系统整体的可靠性，延长使用寿命。

(四)附图说明

图1为本发明的设计方法的基本流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：结合图1，本发明基于EDA技术的电子系统多目标可靠性容差设计方法，步骤如下：