Учет влияния режимов работы элементов на надежность систем

Достижение высокой надежности аппаратуры ИС требует использования элементной базы и методов проектирования, отвечающих конечным условиям эксплуатации оборудования. Разработка оптимальных схемных решений функциональных блоков аппаратуры ИС для заданных условий эксплуатации не является предметом нашего изучения.

Ниже приводится упрощенный вариант расчета надежности системы с учетом влияния условий работы элементов в аппаратуре ИС, который называется методом коэффициентов [4.3].

Метод коэффициентов заключается в том, зависимость параметра элемента α_i представляется в виде функции

(4.9)

где a_{i 1} , a_i2,…, a_in - эмпирические коэффициенты, каждый из которых выражает влияние одного из внешних воздействующих факторов (температуры, ускорения, влажности, радиации и т.д.);

α_i0- базовое номинальное значение параметра α_i. (под параметром можно, в частности, понимать значение интенсивности отказа элемента – ).

Метод коэффициентов требует знания всех действующих факторов и исследования их влияния на параметры элементов . Если значения этих факторов неизвестны, то можно использовать коэффициенты, зависящие от общего характера условий применения аппаратуры. Например, для интенсивности отказов при экспоненциальном законе распределения наработки на отказ элемента (системы) используется следующая зависимость:

(4.10)

где К _у - коэффициент, зависящий от условий применения (табл. 4.1),

λ _i0 – номинальное (базовое) значение интенсивности отказов.

Табл. 4.1.

Ориентировочные значения коэффициентов условий применения аппаратуры [4.3]

Значения статистических оценок интенсивностей отказов элементов λ_{0 i} предоставляются заводами изготовителями. Для этого проводятся специальные испытания (см. п. 6) при номинальных (максимально допустимых) электрических и тепловых нагрузках элементов. В реальных схемах для надежной работы электронных компонентов рабочие токи, напряжения и мощности должны быть значительно ниже номинальных. Например, военные стандарты США рекомендуют использовать элементы в схемах в условиях, когда коэффициенты электрической нагрузки, не превышают величину 0.75-0.8 [4.4]. Зависимости интенсивностей отказов - λ_i элементов от электрических нагрузок и температуры приводятся в специальных отраслевых справочниках.

Еще раз отметим, что создание щадящих электрических и тепловых режимов работы элементов в аппаратуре - задача проектировщиков и конструкторов аппаратуры.

Окончательно, с учетом электрической и тепловой нагрузки элемента внутри схемы и условий работы аппаратуры получим значение интенсивности отказа элемента:

(4.11)

где α_i =f (k_H, T, °С), – коэффициент, зависящий от электрического и теплового режима электронного компонента.

Подставляя (4.10) или (4.11) в (4.7), получим уточненное значение интенсивности отказов аппаратуры ИС.