基于响应面方法的汽车安全关键级 ASIC 可靠性感知行为建模

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：Reliability-Aware Behavioral Modeling of Automotive Safety-Critical ASICs With Response Surface Methodology

　　

摘要：

汽车模拟与电源专用集成电路（ASIC）在长任务剖面下运行，且承受升高的电气和热应力，从而导致晶体管逐渐老化。在安全关键系统中，这种退化不会表现为突发性故障，而是电路层面关键性能指标（FoM）的渐进性漂移，悄无声息地侵蚀安全裕度。本工作提出了一种电路级行为建模方法用于故障预测，在真实的运行条件下（包括供电电压、温度和工作时间），将电源CMOS中的晶体管级老化效应转化为与安全相关的FoM——如增益、切换点和导通电阻。该模型采用基于响应曲面法的高斯径向基函数，并在三个具有不同退化特征的典型汽车电路上进行了验证：一个30 V工业高边开关，展示了FoM相关的退化现象，部分参数在额定规格范围内而另一些参数在升高应力下接近其极限；一个5 V比较器，展示了在多应力输入下的微妙退化；以及一个5 V共源放大器，表现出显著的非线性老化特征，并可用于验证训练点之外的预测点。在所有案例中，该模型的精度达到99%（决定系数），同时足够轻量，可部署在20 MHz的嵌入式处理器上，仅需1.6 kB的内存和120 μs的执行时间。

I. 引言

汽车系统集成了多个专用集成电路（ASIC），用于实现制动控制、转向执行和泊车辅助等功能。其中一些ASIC所实现的功能在特定运行条件下失效可能导致危险事件。这些ASIC可被称为安全关键ASIC。