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车规控制器技术篇 - 基础知识(二)
2021-06-09
电路设计的6 Sigma考虑


六西格玛(Six Sigma,6 Sigma)是一种管理策略,由当时在摩托罗拉任职的工程师比尔▪史密斯(Bill Smith)于1986年提出。这种策略主要强调制定极高的目标、收集数据以及分析结果,通过这些来减少产品和服务的缺陷。在20世纪90年代中期开始被GE从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改善和优化的技术,并提供了一系列同等地适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。


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6 Sigma设计要求






从模拟电路设计的角度来看,任何一个模块的设计指标都是事先由客户或者系统设计人员提出的。受到工艺随机因素的影响,实际电路的指标呈现正态分布。分布在预先设定的上下限之外的模块就是不良品,由下图可以看出在相同上下限的情况下,更高的sigma可以保证模块的指标集中度高,不良率低,保证电路使用寿命期间有更好的稳定性。




汽车系统设计需要拥有较高的可靠性,设计者需要将可靠性需求量化为可靠度和平均无故障工作时间MTBF值,从而实现汽车系统的可靠性设计。在设计的过程中,需要先对电路关键模块可靠性进行量化分析,然后使用失效模式影响分析和故障数进行产品的失效预测,以确保产品设计能够达到6Sigma设计要求






2
蒙特卡罗模拟法






蒙特卡罗模拟法(Montecarlo simulation)是设置统计公差方法的一种,在六西格玛设计中经常使用。蒙特卡洛模拟通过对模拟模块实施了成千上万次仿真,每次输入都随机选择输入值。由于每个输入很多时候本身就是一个估计区间,计算机模型随机选取每个输入区间内的任意值,通过大量成千上万甚至百万次的模拟次数,最终得出一个累计概率分布图。蒙特卡洛分析设计分析的工作流程如下图所示。



若蒙特卡洛分析的模块设计良率没有达到期望的结果,则返回设计部分优化,直到良率达到设计目标。蒙特卡洛分析法的不足之处在于需要大量的采样数据才能给出比较真实的sigma数值,所以设计过程中较多的实验次数对于汽车芯片的设计也是极为重要的。







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