DE102022131057A1 - Schaltungen und techniken zum modellieren der verbleibenden lebensdauer von halbleiterschaltungen - Google Patents

Abstract

Bei einigen Beispielen weist ein Verfahren das Ausführen einer Schaltungsfunktion über eine Schaltung und das Schätzen einer verbleibenden Lebensdauer der Schaltung auf. Darüber hinaus kann das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung das Messen von einem oder mehr Schaltungsparametern über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung und das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung beinhalten.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Diese Offenbarung betrifft Halbleiterschaltungen und insbesondere Schaltungen und Techniken zum Bewerten und Handhaben von Halbleiterschaltungen während des Gebrauchs.
• HINTERGRUND
• Halbleiterschaltungen werden in einer breiten Vielfalt von Schaltungsanwendungen eingesetzt, um eine beliebige von einer Vielfalt von Schaltungsfunktion auszuführen. Leider können sich Halbleiterschaltungen mit der Zeit verschlechtern. Zum Beispiel können Alterung, Umwelteinflüsse, Beanspruchung oder andere Bedingungen zu einer Halbleiterverschlechterung und möglicherweise zum Schaltungsausfall führen, was unerwünscht ist. Das Ausmaß an Belastungsbedingungen, denen Halbleiterschaltungen ausgesetzt sind, variiert von Fall zu Fall stark. Infolgedessen kann die tatsächliche Lebensdauer einer Halbleiterschaltung unvorhersehbar sein.
• In vielen Situationen können Halbleiterschaltungen dazu ausgelegt sein, während der Lebensdauer eines Systems, in das die Schaltung eingebaut ist (z. B. ein Verkehrsmittel), ein Worst-Case-Einsatzprofil zu tolerieren. Nur ein kleiner Prozentsatz der Schaltungen wird tatsächlich dem Worst-Case-Einsatzprofil ausgesetzt sein. Folglich sind viele Halbleiterschaltungen im Hinblick auf ihr tatsächliches Einsatzprofil überdimensioniert, was die mit den Halbleiterschaltungen verbundenen Produktionskosten erhöhen kann. Vor diesem Hintergrund kann ein Ziel der hier beschriebenen Erfindung darin gesehen werden, Techniken und Schaltungen zum Bewerten von Alterungseffekten bei Schaltungen, zum Modellieren einer verbleibenden Lebensdauer einer Schaltung und möglicherweise zum Vorhersagen zukünftiger Probleme bei Schaltungen (aufgrund von Alterung), bevor die Probleme tatsächlich auftreten, bereitzustellen, um den Bedarf für die erwähnte Überdimensionierung zu vermeiden.
• ÜBERBLICK
• Das genannte Ziel kann durch die Schaltung nach Anspruch 1 und durch das Verfahren nach Anspruch 15 erreicht werden. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterentwicklungen werden durch die abhängigen Ansprüchen abgedeckt. Die beschriebenen Schaltungen und Techniken können mit einer breiten Vielfalt von Schaltungen, die für eine breiten Vielfalt von unterschiedlichen Schaltungsfunktionen ausgelegt sind, verwendet werden. Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken und Schaltungen können Vorhersagewarnung (d. h. vorhergesagte Fehler) bereitstellen, die auf dem Modellieren basieren, um Probleme bei Schaltungen vorherzusagen, bevor die Probleme in funktionalen Schaltungen tatsächlich auftreten. Auf diese Weise kann die Systemwartung erkannt und durchgeführt werden (z. B. um funktionale Schaltungen innerhalb eines größeren Systems zu ersetzen), bevor die funktionalen Schaltungen ein Lebensdauerende erreichen und bevor sie tatsächliche Probleme oder Ausfälle zeigen. Die Schaltungen und Techniken können die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Einrichtungen oder Systemen wie etwa in einem Verkehrsmittel oder in einer ähnlichen Umgebung fördern.
• Bei einem Beispiel kann eine Schaltung eine funktionale Einheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Schaltungsfunktion auszuführen, und eine Schaltungslebensdauermodelleinheit, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende Lebensdauer der Schaltung zu schätzen. Die Schaltungslebensdauermodelleinheit kann dazu ausgebildet sein, einen oder mehr Schaltungsparameter über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu messen und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu schätzen.
• Bei einem weiteren Beispiel beschreibt diese Offenbarung ein Verfahren, das das Ausführen einer Schaltungsfunktion über eine Schaltung und das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung aufweist. In diesem Fall kann das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung das Messen von einem oder mehr Schaltungsparametern über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung und das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung beinhalten.
• Die Einzelheiten von einem oder mehr Beispielen sind in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung unten dargestellt. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
• 2 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Schaltungslebensdauermodelleinheit.
• 3 ist ein Graph, der ein Beispiel von Temperaturmessungen zeigt, die ein gemessenes Profil einer Schaltung bilden können.
• 4 ist ein Graph, der eine Extrapolation der Temperaturmessungen von 3 über eine größere Zeitspanne, um ein vorhergesagtes Profil einer Schaltung zu erstellen, zeigt.
• 5 ist ein weiteres Blockschaltbild, das eine weitere Beispielschaltung zeigt, die eine Schaltungsfunktionseinheit und eine Schaltungslebensdauermodelleinheit enthält.
• 6 ist ein Graph, der ein Beispiel für die Zählwerte von Schaltungsereignissen, die ein gemessenes Profil einer Schaltung bilden können, zeigt.
• 7 ist ein Graph, der eine Extrapolation von Zählwerten von 6 über eine größere Zeitspanne, um ein vorhergesagtes Profil einer Schaltung zu erstellen, zeigt.
• 8 ist ein Flussdiagramm, das eine Beispieltechnik dieser Offenbarung zeigt.
• 9 ist ein Graph, der typische Ausfallraten von Schaltungen als Funktion der Zeit zeigt.
• 10 ist ein Graph, der eine Extrapolation der Temperaturmessungen und der Nichtbetriebszeit, um ein vorhergesagtes Profil einer Schaltung zu erstellen, das die Betriebszeit und die Nichtbetriebszeit der Schaltung berücksichtigt, zeigt.
• 11 ist ein Basis-Graph, der eine Beispielbeziehung zwischen der Basisausfallrate („base failure rate“; BFR) einer Schaltung und der probabilistischen Metrik für Hardwareausfälle („probabilistic metric for hardware failures“; PMHF) zeigt, z. B. gemäß der Norm 26262 der Internationalen Organisation für Normung („International Organization for Standardization“; ISO), die sich auf die funktionale Sicherheit bei Straßenverkehrsmitteln bezieht.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Diese Offenbarung beschreibt Techniken und Schaltungen zum Bewerten von Alterungseffekten bei Schaltungen, zum Modellieren einer verbleibenden Lebensdauer einer Schaltung und zum möglichen Vorhersagen zukünftiger Probleme bei Schaltungen (aufgrund von Alterung), bevor die Probleme auftreten. Die beschriebenen Schaltungen und Techniken können mit einer breiten Vielfalt von Schaltungen, die für eine breite Vielfalt von unterschiedlichen Schaltungsfunktionen ausgelegt sind, verwendet werden. Die Schaltungen und Techniken können die Sicherheit bei Einrichtungen oder Systemen wie etwa bei einem Verkehrsmittel oder in einer ähnlichen Umgebung erhöhen. Moderne Verkehrsmittel und andere moderne Einrichtungen oder Systeme können eine große Anzahl funktionaler Schaltungen enthalten, und das Überwachen des Zustands oder der Betriebssicherheit einer beliebigen einer breiten Vielfalt funktionaler Schaltungen ist wünschenswert, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Verkehrsmitteln oder anderen Einrichtungen oder Systemen zu fördern. Die Techniken dieser Offenbarung können eine Lebensende-Modellierung verwenden, die auf gemessenen Schaltkreisparametern über eine Zeitspanne basiert (z. B. über die Lebensdauer der Schaltung oder einen Teil der Lebensdauer der Schaltung). In einigen Fällen kann das Modellieren auf einer Extrapolation der gemessenen Schaltungsparameter über die Zeitspanne (z. B. extrapoliert über eine zweite Zeitspanne) basieren.
• Bei einigen Beispielen können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken und Schaltungen Vorhersagewarnungen (d. h. vorhergesagte Fehler) liefern, die auf dem Modellieren basieren, um Schaltkreisprobleme aufgrund des Lebensdauerendes vorherzusagen, bevor solche Probleme in funktionalen Schaltungen tatsächlich auftreten. Auf diese Weise kann die Systemwartung erkannt und durchgeführt werden (z. B. um eine Schaltung im System zu ersetzen), bevor die Schaltung ihr Lebensdauerende erreicht und tatsächlich Probleme oder Ausfälle zeigt. In einigen Fällen können die Techniken und Schaltungen dieser Offenbarung zum Modellieren der Lebensdauer einer Schaltung in Kombination mit anderen Techniken verwendet werden, die tatsächlich existierende Schaltungsprobleme, die gegenwärtig existieren können, erkennen.
• 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltung 10 gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung zeigt. Die Schaltung 10 weist eine Schaltungsfunktionseinheit 16 auf, die dazu ausgebildet ist, eine Schaltungsfunktion auszuführen, und eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, die dazu ausgebildet ist, eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung 10 zu schätzen. Insbesondere kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, wie unten ausführlicher beschrieben, dazu ausgebildet sein, einen oder mehr Schaltungsparameter der Schaltungsfunktionseinheit 16 über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung 10 zu messen und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung 10 basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern der Schaltungsfunktionseinheit 16 über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu schätzen. Bei einigen Beispielen kann die Lebensdauermodelleinheit 18 die Schaltungslebensdauer modellieren, indem sie die gemessenen Schaltungsparameter über eine größere Zeitspanne als die mit den Messungen verbundene Zeitspanne extrapoliert.
• Die Schaltungsfunktionseinheit 16 kann dazu ausgebildet sein, eine oder mehr Schaltungsfunktionen auszuführen. Zum Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Treiberschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Last anzusteuern. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Logikschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine oder mehr Logikfunktionen auszuführen. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 einen Motortreiber aufweisen, der dazu ausgebildet ist, einen Motor wie etwa einen Mehrphasenmotor anzusteuern. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Oszillatorschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein oszillierendes Signal zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Pegelumsetzerschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Spannungspegel eines Signals zu verschieben oder zu ändern. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Phasenverschiebungsschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Phase eines Signals zu verschieben. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Phasenregelschleifenschaltung („phase locked loop circuit“) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal mit einer Phase bereitzustellen, die auf dem Eingangssignal basiert. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 einen Analog-Digital-Wandler („analog-to-digital converter“; ADC) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, ein analoges Signal in ein digitales Signal umzuwandeln. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 einen Digital-Analog-Wandler („digital-to-analog converter“; DAC) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, ein digitales Signal in ein analoges Signal umzuwandeln. Bei einem anderen Beispiel kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 eine arithmetisch-logische Einheit („arithmetic logic unit“; ALU) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine arithmetische Funktion auszuführen. Bei noch anderen Beispielen kann die Schaltungsfunktionseinheit 16 einen Prozessor, einen Mikrocontroller, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine Kommunikationsschnittstellenschaltung wie etwa eine serielle Peripherieschnittstelle („serial peripheral interface“; SPI) oder eine andere Art von Kommunikationsschnittstellenschaltung, eine digitale Logikschaltung, einen Zustandsautomaten, eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Steuerschaltung, eine Schaltung mit analoger Funktion, eine Speicherschaltung, einen Sensor, einen mit zumindest einem Teil seiner Auslese- und Signalverarbeitungsschaltung kombinierten Sensor, eine Kommunikationsschnittstellen- oder jede andere Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine oder mehr Schaltungsfunktionen auszuführen, aufweisen.
• Bei einigen Beispielen ist die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 dazu ausgebildet, den einen oder die mehr Schaltungsparameter der Schaltungsfunktionseinheit 16 während des Betriebs der Schaltung 10 über eine erste Zeitspanne zu messen und den/die gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne, die sich von der ersten Zeitspanne unterscheidet, zu extrapolieren. Basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter(s) über die zweite Zeitspanne kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 die verbleibende Lebensdauer der Schaltung 10 schätzen.
• In einigen Fällen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 dazu ausgebildet sein, eine oder mehr Aktionen auszuführen, die auf der Schätzung der verbleibenden Lebensdauer basieren. Zum Beispiel kann die Lebensdauermodelleinheit 18 dazu ausgebildet sein, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist, eine Warnung auszugeben, wobei in diesem Fall ein größeres System auf die Warnung reagieren kann, um eine Wartung an der Schaltung 10 zu planen, vorzuschlagen oder vorzuschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Lebensdauermodelleinheit 18 dazu ausgebildet sein, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist, zumindest einen Teil der Schaltung 10 zu deaktivieren. Darüber hinaus kann die Lebensdauermodelleinheit 18 in einigen Fällen dazu ausgebildet sein, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibende Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist, zumindest einen Teil eines größeren Systems, das mit der Schaltung 10 verbunden ist, zu deaktivieren.
• Hier werden mehrere Beispiele für verschiedene gemessene Schaltungsparameter erörtert, um das Modellieren des Lebensdauerendes zu erleichtern. Bei einigen Beispielen weisen der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen auf. Bei einigen Beispielen weisen der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter aktivitätsmetrische Messungen auf. Bei einigen Beispielen können die aktivitätsmetrischen Messungen eine oder mehr Zählungen der Schaltungsaktivität aufweisen. Bei einigen Beispielen weisen der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Frequenzmessungen auf. Bei einigen Beispielen kann eine Kombination aus verschiedenen gemessenen Parametern wie etwa Temperaturmessungen und Aktivitätsmessungen oder Temperaturmessungen und Frequenzmessungen oder Aktivitätsmessungen und Frequenzmessungen verwendet werden. Bei einigen Beispielen können der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen, Aktivitätsmessungen und Frequenzmessungen aufweisen. Die spezifischen Arten von Messungen, die für das Modellieren des Lebensendes verwendet werden, können bei einigen Beispielen von der Art der Funktion oder Funktionen, die durch die Schaltungsfunktionseinheit 16 ausgeführt werden, abhängen.
• Bei einigen Beispielen kann die Zeitspanne, die mit den Messungen der Schaltungsparameter verbunden ist, eine gesamte funktionale Lebensdauer der Schaltung aufweisen. Bei einigen Beispielen können die Messungen über die Lebensdauer der Schaltung über einen längeren Zeitraum als die Schaltungslebensdauer extrapoliert werden. Die gemessenen Schaltungsparameter über die erste Zeitspanne können eine genaue Vorhersage des wahrscheinlichen zukünftigen Betriebs der Schaltung ermöglichen (d. h. wahrscheinliche zukünftige Messungen, die als Vorhersage basierend auf den tatsächlichen vergangenen Messungen der Schaltungsparameter extrapoliert werden). Bei verschiedenen Beispielen kann die Zeitspanne, die mit den Messungen der Schaltungsparameter verbunden ist, eine gesamte funktionale Lebensdauer der Schaltung, einen Teil der Lebensdauer der Schaltung 10 oder möglicherweise ein gleitendes Zeitfenster, das mit dem Betrieb der Schaltung im Feld verbunden ist, aufweisen.
• Bei einigen Beispielen kann die Lebensdauermodelleinheit 18 eine relativ zu der Schaltungsfunktionseinheit 16 getrennte Einheit aufweisen. Bei einigen Beispielen kann die Lebensdauermodelleinheit 18 jedoch auf bestehende Teile der Schaltungsfunktionseinheit 16 zurückgreifen, wenn diese bestehenden Teile nicht zum Ausführen der Schaltungsfunktion verwendet werden. Dementsprechend kann die Lebensdauermodelleinheit 18 bei einigen Beispielen zumindest einen Teil der Schaltungsfunktionseinheit 16 aufweisen, wobei die Lebensdauermodelleinheit 18 in diesem Fall dazu ausgebildet sein kann, die verbleibende Lebensdauer während einer Zeitspanne, in der die Schaltungsfunktionseinheit 16 die Schaltungsfunktion nicht tatsächlich ausführt, zu schätzen.
• Bei einigen Beispielen können die eine oder mehr Messungen von Schaltungsparametern an mehreren verschiedenen Stellen in der oder um die Schaltungsfunktionseinheit 16 herum stattfinden. Mit anderen Worten, Temperaturmessungen, Aktivitätsmessungen, Aktivitätszählungen von Schaltungsereignissen oder Frequenzmessungen oder -zählungen können an mehreren verschiedenen Orten innerhalb der oder um die Schaltungsfunktionseinheit 16 herum stattfinden, was dazu beitragen kann, das Modellieren, das auf der Extrapolation von gemessenen Parametern oder gezählten Ereignissen basiert, zu verbessern. Daher kann die Lebensdauermodelleinheit 18 bei einigen Beispielen dazu ausgebildet sein, den einen oder die mehr Schaltungsparameter an mehreren verschiedenen Schaltungsstellen innerhalb der oder um die Schaltungsfunktionseinheit 16 herum über eine erste Zeitspanne zu messen und den/die gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter an den verschiedenen Schaltungsstellen über eine zweite Zeitspanne zu extrapolieren. In diesem Fall kann die Lebensdauermodelleinheit 18 die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter(s) an den verschiedenen Schaltungsstellen schätzen.
• Um eine integrierte Schaltung mit integrierten Sicherheitsüberwachungseigenschaften gemäß dieser Offenbarung zu realisieren, kann die Schaltung 10 von 1 bei einigen Beispielen in einer Formmasse („molding compound“) untergebracht sein. Mit anderen Worten, die Schaltungsfunktionseinheit 16 und die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 können gemeinsam in einer Formmasse einer Schaltungspackung untergebracht sein. Durch Implementieren der Schaltungsfunktionseinheit 16 und der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 zusammen mit einer Formmasse einer Schaltungspackung kann eine in sich geschlossene funktionale Einheit mit integrierter Lebensdauermodellierungsfunktionalität erzielt werden.
• 2 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Schaltungslebensdauermodelleinheit 28. Bei diesem Beispiel enthält die Schaltungslebensdauermodelleinheit 28 mehrere verschiedene Messeinheiten, die lokale Messungen, die mit einer Schaltungsfunktionseinheit (in 2 nicht gezeigt) verbunden sind, durchführen. Die Messeinheiten können zum Beispiel eine oder mehr Temperatureinheiten 202, 204, 206, einen oder mehr Aktivitätsmonitore 208 und einen oder mehr Frequenzmonitore 210 enthalten. Ein Lebensdauermodellierer 220 kann die Messungen empfangen, basierend auf den Messungen ein aktuelles Profil einer zugehörigen Schaltungsfunktionseinheit (in 2 nicht dargestellt) erstellen und ein Vorhersageprofil auf der Grundlage einer Extrapolation der Messungen erstellen. Basierend auf dem durch den Lebensdauermodellierer 220 erstellten Vorhersageprofil kann eine Ausgabeeinheit 212 dazu ausgebildet sein, eine oder mehr Mitteilungen oder Warnungen an ein größeres System auszugeben, z. B., um eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung zu schätzen, Metriken basierend auf dem Vorhersageprofil bereitzustellen, eine Basisausfallrate (BFR) der Schaltung basierend auf dem Vorhersageprofil zu erkennen oder um andere Fehler, Alarme, Warnungen oder Metriken, die auf dem Vorhersageprofil beruhen, auszugeben. 2 stellt lediglich ein Beispiel dar, und spezifische Arten von Messungen, die zum Modellieren des Lebensdauerendes verwendet werden, können in verschiedenen Situationen variieren und bei einigen Beispielen von der Art der durch die Schaltungsfunktionseinheit 16 ausgeführten Funktion oder Funktionen abhängen.
• Bei dem in 2 gezeigten Beispiel enthält die Schaltungslebensdauermodelleinheit 28 mehrere Temperatureinheiten 202, 204, 206, die an verschiedenen wünschenswerten Stellen relativ zu einer funktionalen Schaltungseinheit (in 2 nicht gezeigt) positioniert sein können. Ein oder mehr Aktivitätsmonitore 208 können dazu ausgebildet sein, die Schaltungsaktivität zu überwachen oder Fälle von Schaltungsereignissen zu zählen (z. B. Ausgabeereignisse, Spannungsereignisse, Stromereignisse oder andere gemessene Ereignisse, die einen Schwellenwert erfüllen, um als Ereignis zu gelten). Ein oder mehr Frequenzmonitore 210 können auch als Messeinheit der Schaltungslebensdauermodelleinheit 28 verwendet werden, z. B. um eine Frequenz wie etwa eine Taktfrequenz, eine Ringoszillatorfrequenz, eine Schaltfrequenz oder eine andere Frequenz, die mit dem Schaltungsbetrieb einer funktionalen Schaltung verbunden ist, zu messen.
• Bei dem in 2 gezeigten Beispiel kann es wünschenswert sein, alle in 2 gezeigten Komponenten in derselben Formmasse einer Schaltungspackung zu implementieren. Allerdings könnten die Temperatureinheiten 202, 204, 206, der Aktivitätsmonitor 208 und/oder der Frequenzmonitor 210 bei anderen Beispielen relativ zu dem Lebensdauermodellierer 220 in separaten Schaltungspackungen implementiert werden.
• 3 ist ein Graph, der ein Beispiel für Temperaturmessungen zeigt, die ein gemessenes Profil einer Schaltung bilden können. Wie in 3 gezeigt, werden mehrere periodische Temperaturmessungen über eine erste Zeitspanne durchgeführt, um ein mit einer funktionalen Schaltung verbundenes gemessenes Profil 30 zu definieren. Obwohl 3 vereinfacht ist, um nur einige wenige Messungen zu zeigen, kann die Anzahl von Messungen, die verwendet wird, um das gemessene Profil zu definieren, bei einigen Beispielen viel umfangreicher sein und kann möglicherweise Messungen in Intervallen über die gesamte Lebensdauer einer Schaltung enthalten. Tatsächlich kann bei einigen Beispielen die Zeitspanne, die mit einem gemessenen Profil für eine funktionale Schaltung verbunden ist (z. B. ein gemessenes Profil ähnlich zu dem Profil 30 von 3), die gesamte funktionale Lebensdauer einer Schaltung aufweisen.
• 4 ist ein Graph, der die Extrapolation der Temperaturmessungen von 3 über eine größere Zeitspanne zeigt als die, die mit dem gemessenen Profil 30 verbunden ist, um ein vorhergesagtes Parameterprofil 40 einer Schaltung zu erstellen. Das in 3 gezeigte gemessene Profil 30 kann zum Beispiel einem ersten Teil 41 des in 4 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 40 entsprechen. Darüber hinaus kann das in 3 gezeigte gemessene Profil 30 extrapoliert werden, um einen zweiten Teil 42 des in 4 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 40 und einen dritten Teil 43 des in 4 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 40 zu definieren. Das Ausmaß der Extrapolation kann in verschiedenen Situationen variieren. Bei einigen Beispielen kann das Ausmaß der Extrapolation, die durchgeführt wird, um das vorhergesagte Parameterprofil 40 basierend auf dem gemessenen Profil 30 zu definieren, von der Menge an Daten in dem gemessenen Profil 30, einer erwarteten Lebensdauer der Schaltung unter festen Bedingungen oder anderen Faktoren abhängen.
• 5 ist ein weiteres Blockschaltbild, das eine weitere Beispielschaltung zeigt, die eine Schaltungsfunktionseinheit 52 und eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 50 enthält. Wie die Schaltungsfunktionseinheit 16 in 1 kann die Schaltungsfunktionseinheit 52 von 5 eine Treiberschaltung, eine Logikschaltung, einen Motortreiber, eine Oszillatorschaltung, eine Pegelumsetzerschaltung, eine Phasenschieberschaltung, eine Phasenregelschleifenschaltung („phase locked loop circuit“), eine ADC-Schaltung, eine DAC-Schaltung, eine ALU, einen Prozessor, einen Mikrocontroller, einen DSP, eine Kommunikationsschnittstellenschaltung wie etwa eine SPI oder eine andere Art von Kommunikationsschnittstellenschaltung, eine digitale Logikschaltung, eine Zustandsmaschine, eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Steuerschaltung, eine analoge Funktionsschaltung, eine Speicherschaltung oder eine beliebige andere Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine oder mehr Schaltungsfunktionen auszuführen, aufweisen.
• Die Schaltungslebensdauermodelleinheit 50 kann dazu ausgebildet sein, eine verbleibende Lebensdauer der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu schätzen. Insbesondere kann die Lebensdauermodelleinheit 50 dazu ausgebildet sein, ein oder mehr mit der Schaltungsfunktionseinheit 52 verbundene Schaltungsereignisse über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu messen und die verbleibende Lebensdauer der Schaltungsfunktionseinheit 52 basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu schätzen. Zum Beispiel kann ein Lebensdauermodellierer 56 dazu ausgebildet sein, die Schaltungslebensdauer der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu modellieren, indem er die gemessenen Schaltungsparameter über eine größere Zeitspanne extrapoliert als die Zeitspanne, die mit den gezählten Ereignissen verbunden ist.
• Es kann eine beliebige Anzahl (N) von Ereigniszählern 54A, 54B, 54C verwendet werden, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Bei einigen Beispielen sind verschiedene Ereigniszähler 54A, 54B, 54C mit verschiedenen Schaltungsknoten, die Betriebswerte der Schaltungsfunktionseinheit 52 definieren (z. B. Spannungen, Ströme oder andere Werte innerhalb der Schaltungsfunktionseinheit 52), verbunden. Bei einigen Beispielen enthält jeder Ereigniszähler 54A, 54B, 54C einen Komparator, der mit einem messbaren Schaltungsknoten innerhalb der Schaltungsfunktionseinheit 52 verbunden ist. Der Komparator jedes Ereigniszählers 54A, 54B, 54C kann dazu ausgebildet sein, Werte an messbaren Schaltungsknoten innerhalb der Schaltungsfunktionseinheit 52 mit einem oder mehr Schwellenwerten zu vergleichen. Wenn die gemessenen Werte dem einen oder den mehr Schwellenwerten genügen, kann ein gegebener Ereigniszähler 54A, 54B, 54C einen Zählerstand für dieses Ereignis aufzeichnen. Jeder Ereigniszähler 54A, 54B, 54C kann eine Speichereinrichtung (z. B. ein Flip-Flop) zum Speichern einer akkumulierten Anzahl von Ereignissen für jeden Ereigniszähler 54A, 54B, 54C enthalten. Flip-Flops für jeden Ereigniszähler 54A, 54B, 54C können gemäß einem Zählertakt arbeiten, der alle Zähler 54A, 54B, 54C mit derselben Taktfrequenz für das periodische Auslesen durch den Lebensdauermodellierer 56 taktet. Der Lebensdauermodellierer 56 kann dazu ausgebildet sein, die Schaltungslebensdauer der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu modellieren, indem er die gemessenen Ereignisse (z. B. das Extrapolieren der Zählungen von Ereignissen) über eine größere Zeitspanne extrapoliert als die Zeitspanne, die mit den gezählten Ereignissen, die aufgetreten sind, verbunden ist.
• Um eine integrierte Schaltung mit integrierten Sicherheitsüberwachungseigenschaften gemäß dieser Offenbarung zu realisieren, kann bei einigen Beispielen die in 5 gezeigte Schaltung in einer Formmasse untergebracht werden. Mit anderen Worten, die Schaltungsfunktionseinheit 52 und die Schaltungslebensdauermodelleinheit 50 können gemeinsam in einer Formmasse einer Schaltungspackung untergebracht sein. Durch Implementieren der Schaltungsfunktionseinheit 52 und der Schaltungslebensdauermodelleinheit 50 zusammen in einer Formmasse einer Schaltungspackung kann eine in sich geschlossene funktionale Einheit mit integrierter Lebensdauermodellierungsfunktionalität erreicht werden.
• 6 ist ein Graph, der ein Beispiel für Zählwerte zeigt, die ein gemessenes Profil einer Schaltung bilden können. Wie in 6 gezeigt, wird eine Gesamtzahl von Ereignissen durch einen oder mehr Ereigniszähler über eine erste Zeitspanne gezählt, um ein gemessenes Profil 60 zu definieren, das mit einer funktionalen Schaltung verbunden ist. Obwohl 6 vereinfacht dargestellt ist, um nur einige Fälle mit unterschiedlichen Zählwerten zu zeigen, kann die Anzahl der Zeitinstanzen und die Anzahl von Zählungen, die verwendet werden, um das gemessene Profil zu definieren, bei einigen Beispielen sehr viel umfangreicher sein. Die Zeitspanne, die mit einem gemessenen Profil 60 für eine funktionale Schaltung verbunden ist (z. B. ein gemessenes Profil ähnlich zu dem Profil 60 von 6), kann bei einigen Beispielen die gesamte Lebensdauer einer Schaltung aufweisen.
• 7 ist ein Graph, der die Extrapolation der Zählungen (die durch die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C von 5 aufgezeichnet werden können) zeigt. Wie bei dem Temperaturmessbeispiel von 4 erfolgt in 7 die Extrapolation von Zählungen über eine größere Zeitspanne als die Zeitspanne, die mit der Erstellung eines gemessenen Profils 60 verbunden ist. Das in 6 gezeigte gemessene Profil 60 kann zum Beispiel einem ersten Teil 71 des in 7 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 70 entsprechen. Außerdem kann das in 6 gezeigte gemessene Profil 60 extrapoliert werden, um einen zweiten Teil 72 des in 6 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 70 und einen dritten Teil 73 des in 6 gezeigten vorhergesagten Parameterprofils 70 zu definieren. Wie bei anderen Beispielen kann das Ausmaß der Extrapolation in verschiedenen Situationen variieren. Bei einigen Beispielen kann der Umfang der Extrapolation, die durchgeführt wird, um das vorhergesagte Parameterprofil 70 basierend auf dem gemessenen Profil 60 zu definieren, von der Menge an Daten bei dem gemessenen Profil 60, einer erwarteten Lebensdauer der Schaltung unter festen Bedingungen oder anderen Faktoren abhängen.
• 8 ist ein Flussdiagramm, das eine Beispieltechnik dieser Offenbarung zeigt. 8 wird aus der Perspektive der Schaltung 10 von 1 beschrieben, obwohl andere Schaltungen das Verfahren durchführen können. Wie in 8 gezeigt, führt eine Schaltungsfunktionseinheit 16 eine Schaltungsfunktion aus (81). Eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 schätzt eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung 10 gemäß den in 8 gezeigten zusätzlichen Schritten. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 insbesondere ein(en) oder mehr Schaltungsparameter oder -ereignis(se) über eine erste Zeitspanne messen (82), den oder die einen oder mehr gemessenen Schaltungsparameter oder Ereignisse über eine zweite Zeitspanne extrapolieren (83) und basierend auf der Extrapolation des einen oder der mehr gemessenen Schaltungsparameter eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung schätzen.
• Bei einigen Beispielen beinhaltet das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer das Berechnen einer Basisausfallrate, was unten ausführlicher erläutert wird. In einigen Fällen enthält das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer auch das Durchführen einer sogenannten Fehlermoduseffekt- und Diagnoseanaylse-Berechnung („failure mode effect and diagnostic analysis (FMEDA) calculation“). Eine FMEDA-Berechnung kann sich auf eine Berechnung beziehen, die gemäß der Norm 26262 der Internationalen Organisation für Normung (ISO) bezogen auf die funktionale Sicherheit von Straßenverkehrsmitteln ausgeführt wird. Die FMEDA-Berechnung kann in der ISO-Norm 26262 auch als quantitative Fehlermodus-Effekt-Analyse („failure mode effect analysis“; FMEA) bezeichnet werden. Bei einigen Beispielen und wie unten ausführlicher erläutert, können das Berechnen einer Basisausfallrate und das Ausführen einer FMEDA-Berechnung zum Beispiel Prozesse, die gemäß der ISO-Norm 26262 definiert sind, aufweisen.
• Bei verschiedenen Beispielen weisen der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter eine oder mehr Messungen auf, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus folgenden Elementen besteht: Temperaturmessungen, Aktivitätsmetrikmessungen, eine oder mehr Zählungen einer gemessenen Schaltungsaktivität und/oder Frequenzmessungen. Wie bereits erwähnt, kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18 in einigen Fällen weiterhin dazu ausgebildet sein, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist, eine Warnung auszugeben, oder als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung 10 geringer als ein Schwellenwert ist, zumindest einen Teil der Schaltung 10 zu deaktivieren (oder eine oder mehr andere Komponenten eines größeren Systems zu deaktivieren).
• Im Allgemeinen unterliegen Halbleiterkomponenten (z. B. Schaltungen und Bauelemente) verschiedenen Arten von Abnutzung aufgrund von Gebrauch. Die Abnutzung kann zum Verlust von Funktionen oder Eigenschaften führen, die möglicherweise für Sicherheitsanwendungen erforderlich sind. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise ein Problem, wenn der potenzielle Funktionsverlust im Voraus bestimmt werden kann, bevor der Verlust auftritt. Bei einigen Beispielen können die Techniken dieser Offenbarung den Austausch von Komponenten oder Schaltungen erleichtern, bevor ein Funktionsverlust auftritt, und zwar für Schaltungen, bei denen festgestellt wurde, dass sie sich nahe an einem Ende ihrer Lebensdauer befinden (und daher wahrscheinlich bald fehlerhaft sein werden).
• Ein Ziel dieser Offenbarung ist es, Lösungen für das Ermitteln oder Vorhersagen des zukünftigen Funktionsverlusts einer Komponente oder Schaltung bereitzustellen. Bei einigen Beispielen kann „Funktionsverlust“ als Verletzung eines bestimmten Kriteriums definiert werden, das vor dem Funktionsverlust erfüllt ist und nach einem solchen Funktionsverlust nicht erfüllt wird. Das Kriterium kann die nutzbare Lebensdauer in Bezug auf den Anstieg der Zuverlässigkeitsfehlerrate sein (z. B. ein Ende des flachen Gebiets in der Badewannenkurve ähnlich wie in 7 gezeigt). Das Kriterium können auch exzessive zufällige Hardware-Ausfallraten oder -metriken im Vergleich zu in der ISO-Norm 26262, die sich auf die funktionale Sicherheit bei Straßenverkehrsmitteln bezieht, festgelegten Zielen sein. Andere Arten von Kriterien sind ebenfalls möglich.
• Bei einigen Beispielen können die Techniken dieser Offenbarung mit nur einem Sensor oder einer Messeinheit realisiert werden, obwohl bei anderen Beispielen zusätzliche Sensoren oder Messeinheiten wünschenswert sein können. Die Schaltungen dieser Offenbarung können detaillierte Zielmodelle verwenden, die auf ein bestimmtes Produkterfordernis oder Kriterium abgestimmt sind. Das Ziel kann auf eine Kombination von gemessenen Parametern angewendet werden, d. h. ein Ziel und viele Parameter. Ein direkter Vergleich mit einem expliziten Erfordernis kann genauer sein als ein Vergleich von Eingangsparametern mit künstlichen Soll-Eingangsparametern. Bei einigen Beispielen können die Techniken dieser Offenbarung die Berechnung einer Sicherheitsbasisausfallrate und möglicherweise von Sicherheitsmetrikwerten enthalten, die für sicherheitsrelevante Schaltungsanwendungen nützlich sein können. Bei einigen Beispielen können die beschriebenen Techniken eine Wartungsmitteilung zur Verfügung stellen, um einen Austausch von Einrichtungen oder Wartungsmaßnahmen an einer oder mehr Schaltungen aufgrund von erkannten Alterungseffekten einzuleiten.
• Auch die Nachverfolgung von Betriebsbedingungen wie Spannung, Frequenz und Sperrschichttemperatur über die Zeit kann genutzt werden. Darüber hinaus können die Übertragung von Wartungsmitteilungen, die den Funktionsverlust vorhersagen, bevor ein solcher Funktionsverlust eintritt, und das Einleiten eines Einrichtungsaustauschs oder einer Wartungsmaßnahme durchgeführt werden. Verfahren zur Auswertung von Sicherheitsparametern wie Basisausfallraten und Sicherheitsmetriken werden hier ebenfalls beschrieben. Darüber hinaus können gemäß dieser Offenbarung Wartungsentscheidungen basierend auf einer vorhergesagten Lebensdauer oder einem vorhergesagten Sicherheitsparameter getroffen werden.
• Gemäß dieser Offenbarung werden Einrichtungen, Systeme und Verfahren zum Vorhersagen des zukünftigen Funktionsverlusts einer Einrichtung beschrieben, die zeitabhängige Messungen von einem oder mehr Betriebsparametern verwenden, ein vorhergesagtes Parameterprofil bestimmen, einen vorhergesagten Funktionsverlust wie etwa die Verletzung von Sicherheitsmetriken oder die Zuverlässigkeitslebensdauer berechnen und Wartungsmitteilungen an das System veranlassen können.
• Ein oder mehr Aspekte dieser Offenbarung können folgendes enthalten
1. 1. Eine generalisierte Lebensdauer kann verwendet werden, um einen Funktionsverlust anstatt nur eine Zuverlässigkeitslebensdauer zu bestimmen. Zum Beispiel können exzessive Ausfallraten, die durch intrinsische Fehler bestimmt werden, gemäß der in 7 gezeigten Ausfallratenkurve verwendet werden, um zu bestimmen, dass ein Ende der Lebensdauer nahe ist. Dies kann es einem System oder einer Einrichtung ermöglichen, einen Funktionsverlust auf eine allgemeine Weise vorhersagen.
2. 2. Eine lokal aufgelöste Messung von Parametern kann verwendet werden.
3. 3. Eine Messung von Aktivität unter Verwendung von Zählerregistern, die in die Schaltung eingefügt werden, kann verwendet werden. Die Verbindung von Registern kann durch eine dedizierte Aktivitätsauslese-Scan-Kette definiert werden.
4. 4. Ein generalisiertes Lebensdauerauswertungsprinzip unter Verwendung von vorhergesagten Parameterprofilen kann verwendet werden.
5. 5. Ein Verfahren, um vorhergesagte Parameterprofile („predicted parameter profiles“; PPP) zu bestimmen, kann verwendet werden, ebenso wie Eigenschaften von PPP.
6. 6. Ein Auswertungsverfahren für PPP kann verwendet werden, um die verbleibende generalisierte Lebensdauer genau zu bestimmen.
7. 7. Die Anwendung des PPP-Verfahrens kann verwendet werden, um die Basisausfallrate zu bestimmen.
8. 8. Die Anwendung des PPP-Verfahrens, um FMEDA-Ausfallraten und PMHF-Metriken zu bestimmen, kann durchgeführt werden.
9. 9. Chip-Embedded-Bewertungen mit vereinfachten Formeln können durchgeführt werden.
10. 10. Die Vereinfachung von Formeln durch Vorberechnung von mathematischen Termen der Formeln kann durchgeführt werden, und das Speichern von vorberechneten Termwerten als Konstanten kann verwendet werden, um Berechnungen durch eine Schaltung in Echtzeit zu vereinfachen.
• Es werden nun einige Beispiel-Messvorgänge erörtert. Mehrere Parameter können lokal und auf eine zeitabhängige Weise gemessen werden. Die folgenden drei Parameter werden als Beispiele genannt:
1. 1. Temperatur - Die + Umgebung
2. 2. Verarbeitungslast = Aktivität
3. 3. Frequenz
• Die Techniken dieser Offenbarung können entweder unter Verwendung von eingebetteten oder externen Komponenten (z. B. eingebetteten oder externen Sensoren oder Messeinheiten) durchgeführt werden. Halbleiterschaltungen mit eingebetteten internen Messfähigkeiten können für eine hohe lokale Auflösung und eine einfache Messung für einen Nutzer von Vorteil sein. Die eingebetteten Messungen können in einem gültigen Parameterbereich des Messschaltkreises durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu können Halbleiterschaltungen mit externen Messfähigkeiten die Vorteile der Möglichkeit, einen größeren Parameterbereich der maximalen Nennwerte einer gegebenen Schaltung messen zu können, besitzen.
• Es werden nun Temperaturmessungen, die gemäß dieser Offenbarung verwendet werden können, erörtert. Bei einigen Beispielen kann es wünschenswert sein, ein zeitabhängiges Produkttemperaturprofil zu bestimmen und dieses Profil zu verwenden, um eine branchenübliche Basisausfallrate zu berechnen. Zeitabhängige Temperaturprofile können verwendet werden, um die realen Produkttemperatur- und Zykluseinsatzprofile gemäß IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 zu schätzen. Dies wiederum kann die Berechnung einer individuellen Produkt-Basisausfallrate erleichtern. Solche Berechnungen werden unten als Beispiele für die Auswertung von Messdaten beschrieben.
• Bei einigen Beispielen kann die Temperatur einen globaleren Parameter definieren, was bedeutet, dass prozentuale Schwankungen über das Die geringer sind und weniger lokal getrennte Temperaturmesseinheiten erforderlich sein können. Im Allgemeinen kann eine flexible lokale Auflösung verwendet werden. Temperaturmesseinheiten können die lokale Die-Sperrschichttemperatur Tj x messen. Darüber hinaus können Temperaturmesseinheiten als thermische Sensoren implementiert werden, z. B. als Sensor mit positivem Temperaturkoeffizienten („positive temperature coefficient“; PTC), als Sensor mit negativem Temperaturkoeffizienten („negative temperature coefficient“; NTC) oder als Bandgap-Referenztemperatursensor.
• Eine lokale Die-Temperatur Tj x, die mit einer Schaltung verbunden ist, kann allgemein eine Funktion der Umgebungstemperatur (T_ambient), der Verlustleistung (P) und des thermischen Widerstands (Rth) sein. Die Verlustleistung (P) kann eine Funktion der Lastkapazität (C), der Aktivität/Frequenz (f), der Spannung (V_dd) und der statischen Ströme wie etwa der Leckströme oder des Mittelwerts des Stroms (I_leak , I_mean) sein $$\text{P}={\text{P}}_{\text{dynamic}}+{\text{P}}_{\text{static}}+{\text{P}}_{\text{switching}}$$

  

  $$\text{P}={\text{C f V}}_{\text{dd}}{}^2+{\text{I}}_{\text{leak}}{\text{ V}}_{\text{dd}}+{\text{I}}_{\text{mean}}{\text{ V}}_{\text{dd}}$$

  
• Die Produkt-Sperrschichttemperatur Tj kann gegeben sein durch $${\text{T}}_{\text{j}}={\text{T}}_{\text{ambient}}+{\text{R}}_{\text{th}}\text{P}$$

  

  Durch elektrisches Ausschalten einer Schaltung oder eines Bauelements kann der Leistungsverbrauch P auf Null verringert werden. Das Aktivieren der Messeinheit TMx für eine sehr kurze Zeit führt nur zu einem vernachlässigbar kleinen durchschnittlichen Leistungsverbrauch P. Durch diese Herangehensweise kann die Umgebungstemperatur Tambient des Produkts gemessen werden. In ähnlicher Weise erlaubt ein sehr kleiner Wert von Rth, die Umgebungstemperatur zu messen.
• Im Allgemeinen kann Tj abhängig von der lokalen Verlustleistung P_local und der lokalen Aktivität/Frequenz der Schaltung lokal unterschiedlich sein. Die Schaltungsaktivität/- frequenz (f) kann mit der Anwendung und möglicherweise mit der Software oder Firmware, die in der Schaltung in Betrieb ist, zusammenhängen. Beispiele für die Messung der Aktivität werden unten erörtert.
• Bei einigen Beispielen können Temperatursensoren (wie etwa die Einheiten 202, 204, 206) dazu ausgebildet sein, sowohl eine mit einer Schaltung verbundene lokale Die-Temperatur als auch die Umgebungstemperatur um die Schaltung herum zu messen, z. B. möglicherweise unter Verwendung von schaltbaren Leistungsdomänen. Was die Aktivitätsmessungen durch den Aktivitätsmonitor 208 oder die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C angeht, hängt die Aktivität in einigen Fällen von der jeweiligen Anwendung und möglicherweise der Software oder Firmware, die auf einer Schaltungsfunktionseinheit arbeitet, ab. Die Aktivität kann lokal und zeitabhängig zwischen 0% und 100% schwanken. Daher kann eine detaillierte lokale Auflösung abhängig von der Schaltung und Anwendung der Schaltung für das Vorhersagen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung wünschenswert sein. Eine flexible lokale Auflösung der Schaltungsaktivität kann insbesondere zum Quantifizieren der Parameteraktivität wünschenswert sein.
• Bei einigen Beispielen kann die in 5 gezeigte Schaltung die Messung der lokalen Schaltaktivität einer Schaltungsfunktionseinheit 52 erleichtern. Die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C können als Scan-Kette („scan chain“) verbundene Zählerregister (z. B. Flip-Flops) aufweisen. Wie in 5 gezeigt, können die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C in einer Schaltung zur Aktivitätsmessung der mit der Schaltungsfunktionseinheit 52 verbundenen Aktivität positioniert sein. In einigen Fällen können die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C die lokale Aktivität der Logikknoten der Schaltungsfunktionseinheit 52 sowie die mit der Schaltungsfunktionseinheit 52 verbundene lokale Taktfrequenz messen. Die Register für jeden der Ereigniszähler 54A, 54B, 54C können in einer dedizierten Aktivitätsauslese-Scan-Kette verbunden sein. Dies kann ein schnelles effizientes Auslesen von Aktivitätswerten, die mit jedem der Ereigniszähler 54A, 54B, 54C verbunden sind, durch den Lebensdauermodellierer 56 ermöglichen.
• Bei einigen Beispielen können die Ereigniszähler 54A, 54B, 54C drei verschiedene lokale Aktivitätsparameterprofile (CNT1 bis CNT3) und ein Taktaktivitätsprofil (CNTCLK), die mit der Schaltungsfunktionseinheit 52 verbunden sind, bereitstellen. Diese lokalen Aktivitätsparameterprofile und das Taktaktivitätsprofil können kombiniert oder gemeinsam verwendet werden, um ein Aktivitätsparameterprofil der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu definieren, das wie hier beschrieben extrapoliert werden kann, um ein prädiktives Parameterprofil der Schaltungsfunktionseinheit 52 zu erstellen. Das prädiktive Parameterprofil der Schaltungsfunktionseinheit 52 (z. B. ähnlich dem Profil 70 von 7 aber mit Daten für mehrere Ereigniszähler 54A, 54B, 54C und einem Taktaktivitätsprofil) kann dann zur Analyse der Lebensdauerende-Vorhersage verwendet werden.
• Bei einigen Beispielen kann der Frequenzmonitor 210 der in 2 gezeigten Schaltung verwendet werden, um eine oder mehr Frequenzmessungen durchzuführen. Die Frequenz von einer/einem oder mehr Schaltungsoperationen oder -ereignissen kann auch von der spezifischen Art von Anwendung abhängen, möglicherweise von der Software oder Firmware, die auf einer Schaltungsfunktionseinheit arbeitet. Abhängig von der Art von Schaltungsfunktionseinheit, die überwacht wird, kann es unterschiedliche Frequenzdomänen geben. Darüber hinaus kann die Frequenz von Domänen lokal gesteuert („gated“) und modifiziert werden. Die lokale Auflösung der Frequenz kann von der Art von Schaltung und der die Frequenz steuernden Anwendung abhängen.
• Bei einigen Beispielen können gemessene Parameter (z. B. in dem Lebensdauermodellierer 220 oder in dem Lebensdauermodellierer 56) als Schrittfunktionen mit einer wählbaren Zeitschrittauflösung aufgezeichnet werden. Die aufgezeichneten Werte innerhalb jedes Zeitschritts können dem durchschnittlichen Messwert über dieses Zeitintervall entsprechen. Das Aufzeichnen anderer Werte wie maximaler Messwert oder Median-Messwerte ist ebenfalls möglich, ebenso wie das Aufzeichnen bestimmter Ereignisse wie etwa Messwerte, die einem Schwellenwert genügen.
• Bei einigen Beispielen kann der Lebensdauermodellierer 220 oder der Lebensdauermodellierer 56 die Auswertungsverfahren als interne, Chip-eingebettete „Online“-Schritte ausführen. Bei anderen Beispielen können die Auswertungsverfahren als externe Prozesse auf Systemebene oder als „Offline“-Ansätze ausgeführt werden.
• Bei einigen Beispielen kann die Chip-eingebettete Auswertungsberechnung in dem Lebensdauermodellierer 220 oder in dem Lebensdauermodellierer 56 implementiert werden, zum Beispiel über einen eingebetteten Prozessor mit Speicher unter Verwendung von Firmware-Code oder als eingebetteter Zustandsautomat und Nachschlagtabellenspeicher. Ein Vorteil der Chip-eingebetteten Auswertung ist die Einfachheit für den Nutzer.
• Bei einigen Beispielen können die Berechnungen eines Lebensdauerauswertungsprozesses durch die Vorberechnung einiger oder aller mathematischer Termformeln vereinfacht werden. Die vorberechneten Termwerte können als Konstanten gespeichert werden und können für die Beschleunigung der Berechnung vorteilhaft sein, indem sie die anderenfalls von einem eingebetteten Prozessor benötigten Rechenlasten effizient verringern.
• Bei einigen Beispielen können die gemäß dieser Offenbarung ausgeführten Techniken verwendet werden, um einen wahrscheinlichen zukünftigen „Funktionsverlust“ einer Schaltungsfunktionseinheit oder eine wahrscheinliche zukünftige Verletzung eines bestimmten Kriteriums effektiv vorherzusagen. Drei Beispiele für Kriterien können enthalten:
1. 1) Lebensdauer
2. 2) Basisausfallrate
3. 3) Probabilistische Metrik von Hardwareausfällen („Probabilistic Metric of Hardware Failures“; PMHF)
• 9 ist ein Graph, der typische Ausfallraten von Schaltungen als Funktion der Zeit zeigt. Bei einigen Beispielen kann ein Graph ähnlich dem von 9 (oder Parameter oder Werte darin) durch den Schaltungslebensdauermodellierer 220 oder den Schaltungslebensdauermodellierer 56 zur Bewertung einer Schaltungsfunktionseinheit verwendet werden. Die Kurve von 9 kann als badewannenförmige Kurve betrachtet werden, obwohl andere generalisierte Kriterien, die nicht mit Badewannenkurvenparametern zusammenhängen, ebenso verwendet werden können. Mit der in 9 gezeigten Kurve kann die Lebensdauer einer Schaltung durch die in 9 auf der rechten Seite gezeigte „Lebensdauerlinie“ definiert werden, wobei es einen spezifisch definierten Anstieg (oder eine definierte Beschleunigung) bei der durch die Badewannenkurve vorhergesagten Ausfallrate gibt. In 9 ist auch eine Basisausfallraten-Linie dargestellt, die zur Bewertung einer Schaltungsfunktionseinheit definiert und verwendet werden kann. Bei anderen Beispielen kann die in 9 dargestellte Basisausfallraten-Linie zur Bestimmung einer PMHF verwendet werden.
• Bei einigen Beispielen kann der Lebensdauermodellierer 220 oder der Lebensdauermodellierer 56 einen oder mehr generalisierte Lebensdauerevaluierungsprozesse unter Verwendung zeitabhängiger Parameterprofile ausführen. Der generalisierte Lebensdauerevaluierungsprozess kann ausgeführt werden, um eine konventionelle Lebensdauer zu bestimmen (z. B. eine verbleibende Zeit, bis die Kurve von 9 eine übermäßige Ausfallrate durch intrinsische Fehler vorhersagt wie etwa durch die in 9 dargestellte Linie „Lebensdauer“ definiert). Zu diesem Zweck kann bei einigen Beispielen eine verbleibende verfügbare vorhergesagte Lebensdauer („available predicted lifetime“; APL) durch den Lebensdauermodellierer 220 oder den Lebensdauermodellierer 56 bestimmt werden. Obwohl so genannte vorhergesagte Parameterprofile erörtert werden, können die Techniken darauf erweitert werden, sie auf andere Kriterien als eine geschätzte Lebensdauer anzuwenden.
• In einigen Situationen ist die allgemeine Schaltungsfunktionalität für eine bestimmte geschätzte Lebensdauer überqualifiziert, was dazu beitragen kann, die Qualifizierung von Schaltungskomponenten zum Beispiel nach Standards wie dem Q100-Standard des Automotive Electronics Council (AEC) sicherzustellen. Eine qualifizierte Lebensdauer kann nur innerhalb eines definierten Bereichs von Anwendungsprofilen (z. B. innerhalb eines bestimmten Einsatzprofils) gültig sein. Die qualifizierte Lebensdauer ist typischerweise kleiner oder gleich der vollen nutzbaren Lebensdauer.
• Bei einigen Beispielen kann eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 dazu ausgebildet sein, Testbedingungen basierend auf dem Missionsprofil, das gemäß dem AEC Q100 Standard definiert sein kann, anzupassen. 6 zeigt ein Beispiel für ein gemessenes Profil 60, das ein zeitabhängiges Parameterprofil einer Schaltungsfunktionseinheit aufweisen kann. Parameterprofile wie das Parameterprofil 60 von 6 können durch die zeitabhängigen Anwendungsparameter wie Verarbeitungslasten und Umgebungstemperaturen definiert werden. Alle Parameter müssen möglicherweise innerhalb der für das Produkt festgelegten Höchstnennwerte liegen. Die nutzbare Lebensdauer einer Schaltung und damit die mögliche qualifizierte Lebensdauer eines zugehörigen Produkts kann von den Anwendungseinsatzprofilen abhängig sein.
• Ein Ansatz gemäß dieser Offenbarung kann die Bestimmung von einem oder mehr Einsatzprofilen basierend auf gemessenen zeitabhängigen Parameterprofilen und einem oder mehr korrelierten Profilen mit den Ergebnissen der nutzbaren Lebensdauer und der Lebensdauerqualifizierung enthalten. Das Verwenden eines vorhergesagten Missionsprofils (wie das vorhergesagte Profil 70 von 7) kann es der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 ermöglichen, eine „verfügbare vorhergesagte Lebensdauer“ (APL) zu bestimmen.
• Das vorhergesagte Profil 70 kann bei einigen Beispielen ein vorhergesagtes Parameterprofil („predicated parameter profile“; PPP) aufweisen, wobei ein Verhältnis von Zeitanteilen eines bestimmten Parameterwertes im Verhältnis zu der Profildauer für das gemessene Profil 60 und das vorhergesagte Profil 70 identisch ist.
• Zum Beispiel kann ein gegebener Wert in dem gemessenen Profil 60 einen Bruchteil („fraction“; Fr) des gesamten Missionsprofils 60 aufweisen. Ähnlich können dieser Wert und die Extrapolation dieses Wertes über andere Zeiträume gemeinsam denselben Bruchteil (Fr) von Daten innerhalb des vorhergesagten Parameterprofils 70 definieren.
• Bei einigen Beispielen kann eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 dazu ausgebildet sein, gleiche Teile des Parameterprofils 60 mit der in 6 gezeigten Dauer m zu kombinieren, um das vorhergesagte Profil 70 der Dauer p zu bilden, wie in 7 abgebildet. Als weiteres Beispiel kann in einigen Fällen der vorhergesagte Profilzeitrahmen zwischen der Zeit m und der Zeit p in beliebige Zeitscheiben mit bestimmten Parameterwerten aufgeteilt werden, wobei das Verhältnis der Zeitscheiben eines gegebenen Parameterwerts im Verhältnis zu der Profildauer für das gemessene Profil und das vorhergesagte Profil identisch ist.
• Bei einigen Beispielen kann eine Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 dazu ausgebildet sein, den vorhergesagten Profilzeitrahmen zwischen der Zeit m und der Zeit p in eine gleiche Anzahl von Zeitscheiben wie das gemessene Profil („measured profile“; MPP) aufzuteilen. Bei diesem Beispiel kann jede Zeitscheibe eines vorhergesagten Profils denselben Parameterwert wie bei der entsprechenden MPP-Zeitscheibe besitzen.
• Das vorhergesagte Profil 70 kann bei einigen Beispielen ein PPP aufweisen, wobei ein Verhältnis der Gesamtzahl von Schritten in einer bestimmten Höhe oder Stärke zu der Gesamtzahl von Schritten für das gemessene Profil 60 und das vorhergesagte Profil 70 identisch ist. Wenn zum Beispiel das Verhältnis der Anzahl von Schritten mit der Höhe =4 zu der Gesamtzahl von Schritten innerhalb des Profils 60 1/14 ist, kann dieses Verhältnis für das vorhergesagte Profil 70 gleich sein. Darüber hinaus kann das vorhergesagte Profil 70 bei einigen Beispielen ein PPP aufweisen, bei dem verschiedene lokale Sequenzen von Parameterwerten identisch mit denen des gemessenen Profils 60 sind.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 ein Auswertungsverfahren an einem erzeugten PPP ausführen, um die verbleibende generalisierte Lebensdauer genau zu bestimmen. Die durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 ausgeführten Verfahren können mehrere vorhergesagte Parameterprofile (PPP) mit unterschiedlichen Dauern bestimmen. Eines der PPPe kann die maximal erforderliche Dauer definieren. Wenn das PPP mit der maximalen Dauer noch das generalisierte Lebensdauerkriterium erfüllt, kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 feststellen, dass während der maximalen Dauer keine prädiktive Wartungsmaßnahme erforderlich ist. Wenn jedoch das Kriterium für ein Parameterprofil mit einer bestimmten Dauer (Zeit A) nicht für eine andere (d. h. kürzere) Dauer (Zeit B) verletzt wird, kann die generalisierte Lebensdauer zwischen (Zeit A) und (Zeit B) liegen. Das oben beschriebene Verfahren kann mit beliebiger Zeitauflösung ausgeführt werden, so dass es für die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 möglich sein kann, die generalisierte Lebensdauer mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
• Neben der Bestimmung der konventionellen Lebensdauer einer Schaltung können die beschriebenen Techniken auch auf andere Kriterien mit dem Bedarf einer vorbeugenden Wartung angewendet werden. Zum Beispiel kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit der Schaltung 18, 28, 50 eine Zuverlässigkeitsbewertung unter Verwendung von Industriestandard-Basis-Ausfallberechnungen Berechnungen durchführen. Insbesondere können Industriestandards wie IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 für den On-Chip-Ausfallratezuverlässigkeitsvorhersagezweck verwendet werden. Ziele für die Ausfallrate können als Kriterien verwendet werden, um Mitteilungen zur vorbeugenden Wartung zu initiieren, die von der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 an eine andere Komponente des Systems wie etwa einen Controller oder Mikroprozessor auf Systemebene ausgegeben werden. Das „vorhergesagte Profil“ wie etwa das vorhergesagte Profil 40 oder 70 kann verwendet werden, um eine vorhergesagte Ausfallrate zu berechnen.
• Industriestandards wie IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 können intrinsische Ausfälle behandeln. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Abnutzungsdauer weit von der Nutzungsdauer entfernt ist. Nach solchen Normen wird angenommen, dass der Lebensendezeitraum einer integrierten Schaltung weit nach dem Nutzungszeitraum der Ausrüstung eintritt. Die Techniken dieser Offenbarung können in einigen Fällen die Schaltungslebensdauer über das durch die Standards wie IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 unterstützte hinaus verlängern, indem die Bestimmung der tatsächlichen Schaltungslebensdauer erleichtert wird.
• Bei einigen Beispielen können die durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 bewerteten Ausfallmechanismen für siliziumbasierte Schaltungstechnologien Folgendes enthalten:
• - Elektromigration;
• - Alterung von Oxiden;
• - heiße Elektronen;
• - Ladungsgewinn und Ladung (für die Schreib-Lösch-Zyklen der verschiedenen programmierbaren Speicher).
• Zeitabhängige Temperaturprofile z. B. wie in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben können durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 verwendet werden, um die realen Temperatur- und Zykluseinsatzprofile des Produkts gemäß IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 zu schätzen. Dies wiederum ermöglicht es der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50, eine individuelle Produkt-Basisausfall („base failure“; BFR) zu berechnen. Die Verwendung anderer Profile und anderer Modelle und Standards für die Basisausfallratenmodelle und -standards ist ebenfalls möglich.
• Ein temperaturabhängiges Modell kann als Spezialfall anderer möglicher Zuverlässigkeitsmodelle betrachtet werden, die weiterhin Informationen über die Schaltungsaktivität, die Frequenz, die Spannungen oder andere Faktoren enthalten können. Nach dem Modell der IEC 62380 kann ein Nutzungsfaktor für nicht-intrinsische Ausfälle aufgrund der elektrischen Umgebung der aktiven Komponente berücksichtigt werden. In diesem Fall kann die elektrische Umgebung durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 mit Aktivität, Frequenz und Spannungen erkannt werden.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 die Basisausfallratenergebnisse mit Basisausfallraten-Sollwerten vergleichen. Der Sollwert kann einen bestimmten Grad von Lebensdauerverbrauch widerspiegeln. Basierend auf dem Vergleichsergebnis kann von der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 eine Mitteilung ausgegeben werden, um die verbleibende Schaltungslebensdauer an eine Komponente auf Systemebene zu melden.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 eine Ausfallrate (Lambda) gemäß der Norm IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 berechnen, indem sie das in der Norm definierte Zuverlässigkeitsmodell verwendet. In diesem Fall kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 das in Tabelle 1 gezeigte mathematische Modell sowie eine oder mehr zusätzliche Gleichungen der Norm IEC 62380 für Temperaturfaktoren oder Einflussfaktoren anwenden. Tabelle 1

  MATHEMATISCHES MODELL:

  $\lambda =\left\{\underset{{\mathrm{\lambda }}_{\text{Dis}}}{\underbrace{\left\{{\lambda }_1\times N\times e^{-\mathrm{0,35}<a}+{\lambda }_2\right\}\times \left\{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^y{\left({\pi }_t\right)}_i\times {\tau }_i}}{{\tau }_{ein}+{\tau }_{aus}}\right\}}}+\left\{\underset{{\mathrm{\lambda }}_{\text{Packung}}}{\underbrace{\mathrm{2,75}\times {10}^{-3}\times {\pi }_a\times \left({\displaystyle \sum _{i=1}^z{\left({\pi }_n\right)}_i}\times {\left(\Delta T_i\right)}^{\mathrm{0,68}}\right)\times {\lambda }_3}}\right\}+\left\{\underset{{\mathrm{\lambda }}_{\ddot{\text{U}}\text{berlastung}}}{\underbrace{{\pi }_I\times {\lambda }_{EOS}}}\right\}\right\}\times {10}^{-9}\text{/}h$

  NOTWENDIGE INFORMATIONEN:
  (tac)i	:durchschnittliche Außenumgebungstemperatur der Ausrüstung während der iten Phase des Einsatzprofils.
  (tac)i	:durchschnittliche Umgebungstemperatur der Leiterplatte (PCB) in der Nähe der Komponenten, wo der Temperaturgradient aufgehoben wird.
  λ1	:Basisausfallrate pro Transistor der Familie der integrierten Schaltung. Siehe Tabelle 16.
  λ2	:Ausfallrate in Bezug auf die Technologiebeherrschung der integrierten Schaltung. Siehe Tabelle 16.
  N	:Anzahl von Transistoren der integrierten Schaltung.
  a	:[(Jahr der Herstellung} - 1998].
  (πt)i	:iter Temperaturfaktor bezogen auf die ite Sperrschichttemperatur des Einsatzprofils der integrierten Schaltung.
  τi	:ites Arbeitszeitverhältnis der integrierten Schaltung für die ite Sperrschichttemperatur des Einsatzprofils.
  τein	:Gesamtarbeitszeitverhältnis der integrierten Schaltung. Mit: ${\tau }_{on}={\displaystyle \sum {}_{i=1}^y}{\tau }_i$
  τaus	:Zeitverhältnis für die integrierte Schaltung, die sich im Lager befindet (oder schläft). Mit τon + τoff = 1
  πa	:Einflussfaktor bezogen auf den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Montagesubstrat und dem Packungsmaaterial.
  (πn)i	:iter Einflussfaktor bezogen auf die jährliche Zykluszahl von thermischen Schwankungen, die die Packung erfährt, mit der Amplitude ΔTi.
  ΔTi	:ite thermische Amplitudenvariation des Einsatzprofils.
  λ3	:Basisausfallrate der Packung der integrierten Schaltung. Siehe Tabelle 17a und 17b.
  πI	:Einflussfaktor bezogen auf die Verwendung der integrierten Schaltung (Schnittstelle oder nicht).
  λEOS	:Ausfallrate bezogen auf die elektrische Überlastung in der betrachteten Anwendung..

• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 Eingabeparameter des Modells, die die Temperaturmessungen und Zeiten enthalten, empfangen. Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 Eingabeparameter für jede Operation oder Phase einer Schaltung erhalten (was ein Diebezogener Parameter sein kann). Die Eingabeparameter, die durch das Die-bezogene Temperatureinsatzprofil und das Sperrschichttemperaturprofil bestimmt werden, können solche Dinge wie etwa Folgendes enthalten:
• • Durchschnittliche Umgebungstemperatur der Leiterplatte t_aci in der i-ten Betriebsphase [°C]
• • Sperrschichttemperatur t_{j_i} in der i-ten Betriebsphase [°C]
• • Erwartete Gesamtlebensdauer der Schaltung
• • Zeitverhältnis τ_i der i-ten Betriebsphase
Diese Werte können verwendet werden, um verschiedene Werte der Tabelle 1 zu bestimmen, einschließlich zum Beispiel: (πt)i , τi , τ_on, τ_off.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 eine mit einer Hauptfunktionseinheit verbundene Sperrschichttemperatur t_{j_i} aus der Eigenerwärmung berechnen oder bestimmen. $${\text{t}}_{\text{j\_i}}={\text{t}}_{\text{aci}}+\text{Eigenerw}\ddot{\text{a}}\text{rmung}$$

  

  Die Eigenerwärmung wiederum lässt sich aus der Verlustleistung P und dem thermischen Widerstand R_th ableiten $$\text{Eigenerw}\ddot{\text{a}}\text{rmung}={\text{R}}_{\text{th}}\text{P}$$

  
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 gemessene Eingangsparameter pro Zyklusphase einer Schaltung (die packungsbezogen sein kann) erhalten. In diesem Fall können zusätzliche Eingangsparameter zum Beispiel enthalten:
• • Durchschnittliche Außenumgebungstemperatur (t_ae)i, die die Ausrüstung in der i-ten Betriebsphase umgibt [°C]
• • (tac)i : durchschnittliche Umgebungstemperatur der Leiterplatte (PCB) in der Nähe der Komponenten, wo der Temperaturgradient aufgehoben wird.
• • Anzahl von Zyklen in der jten Phase pro Jahr
• • Eigenerwärmung in der jten Zyklusphase (z. B. ja oder nein).
Diese Parameter können verwendet werden, um verschiedene Werte von Tabelle 1 zu bestimmen, die zum Beispiel enthalten: (π_n)_i, ΔT_i
• Bei einigen Beispielen können alle verbleibenden Berechnungseingabeparameter, die durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 gemäß Tabelle 1 verwendet werden, neben dem Herstellungsjahr „a“ feste Werte für das Produkt sein. Das Herstellungsjahr „a“ kann auch auf einen festen Wert gesetzt werden, wobei „a“ gleich dem ersten Jahr der Produktherstellung ist, indem eine konservative Schätzung angewendet wird.
• Die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 kann eine oder mehr Berechnungen von Ausfallraten durchführen. Darüber hinaus können Parameterprofile in einigen Fällen auch die Nichtbetriebszeit einer Schaltung berücksichtigen. Man betrachte zum Beispiel das in 10 gezeigte Parameterprofil, das den gemessenen Parameter 1002 und eine Extrapolation 1004 der gemessenen Parameter enthält. In diesem Fall enthalten sowohl der gemessene Parameter 1002 als auch eine Extrapolation 1004 der gemessenen Parameter die Nichtbetriebszeit. Das Zuverlässigkeitsmodell der IEC 62380 / ISO 26262:2018-11 kann eine zeitunabhängige Ausfallrate vorhersagen. Ein Eingabeparameter des Modells kann eine nutzbare Lebensdauer oder (Gesamtlebensdauer) als festen Wert annehmen. Bei einem Beispiel kann die nutzbare Lebensdauer oder (Gesamtlebensdauer) etwa 44000 Stunden (gleich etwa 5 Jahren) betragen. Das Parameterprofildiagramm in 10 zeigt die Umgebungstemperatur gegenüber der Betriebszeit.
• Bei dem folgenden Beispiel 1 unten zeigen die Tabellen 2 - 6 einige Beispiel-Kundentemperaturprofile, die angewendet werden können, während das periodische Durchlaufeinsatzprofil („cycling mission profile“) konstant gehalten wird (z. B. für ein Motorsteuerungsprofil mit periodischem Durchlaufen (Motor Control Cycling Profile)).
• BEISPIEL 1:
• Tabelle 2

  Informationen zur Umgebung
  Herstellungsjahr [JJJJ]	2020
  Eigenerwärmung [°C]	10
  Gesamtlebensdauer [Jahre]	5,02283105

  Tabelle 3

  Einstellungen für Packung und Substrat / Berechnungshinweise / Einsatzprofile
  Packung	PG-WFWLB-152-1
  Substratmaterial	Epoxidglas (FR4, G-10)
  Interpretation für λ2	Gewichteter Mittelwert
  Interpretation für (πt)i x τi	Gewichteter Mittelwert
  Ausgewähltes Temperatureinsatzprofil	Kunden-Temperaturprofil
  Ausgewähltes Einsatzprofil für periodisches Phasendurchlaufen	Motorsteuerung

  Tabelle 4

  Bipolar- und MOS-Schaltungen (BICMOS)
  	Digitale Schaltungen	10.000 Transistoren
  	Lineare / digitale Schaltungen Niederspannung (< 6V)	5.000 Transistoren
  	Lineare / digitale Schaltungen, hohe Spannung (≥ 6V) und intelligente Leistung
  SRAM	Statischer Lesezugriffsspeicher

  Tabelle 5A

  Optional: Kunden-Temperaturprofil	Arbeitsrate Phase 1	Arbeitsrate Phase 2	Arbeitsrate Phase 3	Arbeitsrate Phase 4
  Umgebungstemperatur taci in der iten Betriebsphase [°C]	0,0	50,0	70,0	120,0
  Betriebszeit in der iten Phase [Stunden]	2000	5000	4000	3000

  Tabelle 5B

  Optional: Kunden-Temperaturprofil	Arbeitsrate Phase 5	Arbeitsrate Phase 6	Arbeitsrate Phase 7	Arbeitsrate Phase 8
  Umgebungstemperatur taci in der iten Betriebsphase [°C]	0,0	50,0	70,0	120,0
  Betriebszeit in der iten Phase [Stunden]	2000	5000	4000	3000

  Tabelle 6

  Berechnung der Basisausfallrate nach ISO26262-11:2018 4.6.2.1.1		Bipolar- und MOS-Schaltungen (BICMOS)
  Angewandtes TemperaturEinsatzprofil: ‚Kunden-Temperaturprofil‘ und Zyklusphasen-Einsatzprofil: ‚Motorsteuerung‘	λDIE	12,88 FIT
  	λPACKUNG	66,79 FIT
  	Summe λDIE und λPACKUNG	79,67 FIT

• Bei Beispiel 1 ist das Ergebnis der Berechnung für das Qualifikationsprofil eine Die-Ausfallrate von 12,88 FIT und eine Packungs-Ausfallrate von 66,79 FIT. Die Ausfallrate der Packung ändert sich nicht, wenn das Profil mit periodischem Durchlauf („cycling profile“) konstant ist. Um die Verwendung von vorhergesagten Parameterprofilen zu veranschaulichen, können zwei PPPs durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit der Schaltung 18, 28, 50 betrachtet werden. Ein vorhergesagtes Parameterprofil „PPP3-kurz“ kann auf einer kurzen Messperiode basieren und ein vorhergesagtes Parameterprofil „PPP3-lang“ kann auf einer längeren Messung basieren.
• Das zweite Parameterprofil „PPP3-lang“ kann auf einer längeren Messung basieren als das vorhergesagte Parameterprofil „PPP3-kurz“. Der gemessene Teil des Profils bis 22000 h kann anspruchsvollere Temperaturen enthalten, einige Beispiele. 10 ist ein Graph, der eine Extrapolation von Temperaturmessungen und der Nichtbetriebszeit zeigt, um ein vorhergesagtes Profil einer Schaltung zu erstellen, das die Betriebszeit und die Nichtbetriebszeit der Schaltung berücksichtigt. In 10 enthält der gemessene Parameter 1002 ein vorhergesagtes Parameterprofil „PPP3-kurz“, das den ersten 11000 Stunden entspricht, und ein zweites Parameterprofil „PPP3-lang“, das den ersten 22000 Stunden entspricht, die mit dem gesamten gemessenen Parameter 1002 verbunden sind.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 die Ergebnisse der Die-Ausfallrate des qualifizierten Profils mit den beiden vorhergesagten Profilen PPP3-kurz und PPP3-lang vergleichen. Das Ergebnis der PPP3-kurz-Berechnung ist eine Die-Ausfallrate von 5,92 FIT, während das Ergebnis der PPP3-lang-Berechnung eine Ausfallrate von 19,39 FIT ist. Die Ergebnisse der Die-Ausfallrate sind in Tabelle 7 zusammengefasst. Tabelle 7

  Profil	Gemessene Zeit [Stunden]	Die-Ausfallrate [FIT]	Kommentar
  Qualifikationsprofil	N.A.	12,88
  PPP3-kurz	11000	5,92	Vorhergesagtes Profil basierend auf kurzer Messung
  PPP3-lang	22000	19,39	Vorhergesagtes Profil basierend auf längerer Messung

• Bei dem in 7 zusammengefassten Beispiel ist die Ausfallrate des anspruchsvollen Profils PPP3-lang wesentlich höher als die Ausfallrate des Profils PPP3-kurz und auch höher als die Ausfallrate, die zu dem Qualifikationsprofil gehört. Beide PPP3-Profile gehören zu derselben Messaktivität mit fortschreitender Zeit und haben daher eine identische Anfangsphase.
• Wenn man den Wert der Ausfallrate des Qualifikationsprofils als Sollwert nimmt, können die vorhergesagten Ausfallraten des Profils mit diesem Sollwert verglichen werden. Außerdem kreuzt die vorhergesagte Ausfallrate den Sollwert während der fortschreitenden Messung zu einer Zeit zwischen 11000 und 22000 Stunden. Dieses Kreuzen kann als Auslöser verwendet werden, um eine Mitteilung an das System zu veranlassen. Mit anderen Worten, eine Mitteilung kann durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 immer dann veranlasst werden, wenn der vorhergesagte Wert über dem Sollwert liegt.
• Bei einigen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 dazu ausgebildet sein, eine Sicherheitsparameterbewertung unter Verwendung einer FMEDA-Berechnung durchzuführen. Die Ausfallrate und die vorhergesagte Ausfallrate, die oben beschrieben wurden, können mit der Harte-Fehler („hard error“; HE)-Basisausfallrate („base failure rate“; HE_BFR) eines einzelnen Produkts gemäß ISO 26262 [ISO 26262:2018] identisch sein. Diese wiederum kann verwendet werden, um ausgewählte FMEDA-Ergebnisse wie probabilistische Metrik für Hardwareausfälle („probabilistic metric for hardware failures“; PMHF) oder Ergebnisausfallraten zu berechnen. Die auf dem vorhergesagten Missionsprofil basierenden, berechneten Ergebnisse können mit Sollwerten für Metrik oder Ausfallraten verglichen werden. Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs kann eine Mitteilung zur vorbeugenden Wartung durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 veranlasst und an eine andere Komponente eines größeren Systems gesendet werden.
• Die FMEDA-Berechnung kann durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 als „Eingebettete Mikro-FMEDA“ implementiert werden. FMEDA-Ausfallraten für harte Fehler sind typischerweise eine rein lineare Funktion von HE-Basisausfallraten BFR und daher unter Verwendung einfacher Gleichungen und konstanter Parametern leicht zu implementieren. $${\text{HE Ausfallrate}}_1={\text{a}}_1*\text{HE\_BFR}$$

  

  PMHF kann auch ein Ergebnis von einfachem Addieren und Multiplikation von Ausfallraten mit der Lebensdauer sein. Zum Beispiel kann die PMHF wie folgt ausgedrückt werden als:
• (PMHF gemäß ISO 26262 Teil 5) $$\begin{array}{l}\text{PMHF}={\text{b}}_1*\text{HE\_BFR}+S{E}_1+\left[\left({\text{HE\_BFR*b}}_2\right)+{\text{SE}}_2\right]*[\left({\text{HE\_BFR*b}}_3\right)*\text{Tlife}+\left({\text{SE}}_3\right)*\\ \text{TDC}]\end{array}$$
  
  mit den Konstanten b₁, b₂, b₃, SE₁, SE₂, SE₃, Tlife, TDC
• In einigen Fällen können die Berechnungen durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 weiter zu der folgenden quadratischen Gleichung vereinfacht werden:
• (PMHF gemäß ISO 26262 Teil 5): $$\begin{array}{l}\text{PMHF}=\mathbf{HE}\_B{\mathbf{FR}}^2*{\text{b}}_{23}*\text{Tlife}+\mathbf{HE}\text{\_}\mathbf{BFR}*\left({\text{SE}}_2{\text{b}}_3*\text{Tlife}+{\text{b}}_1\right)+\left({\text{SE}}_3\right)*\text{TDC}+\\ S{E}_1\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Und:}\\ \text{PMHF}=\mathbf{HE}\_{\mathbf{BFR}}^2*\text{x}+\mathbf{HE}\_\mathbf{BFR}\text{*y}+\text{z}\end{array}$$
  
  mit den von der HE-Basisfehlerausfallrate unabhängigen Konstanten: x,y,z
• Bei einigen Beispielen kann die PMHF auch ausgedrückt werden als:
• (PMHF gemäß ISO 26262 Teil 10 V2 $$\begin{array}{l}\text{PMHF}={\text{b}}_1*\text{HE\_BFR}+{\text{SE}}_1+{\text{b}}_2*{\text{HE\_BFR}}^2*\text{TDC}+{\text{b}}_3*\text{HE\_BFR}\times {\text{SE}}_2\times \text{TDC}+{\text{SE}}_3{}^2*\\ \text{TDC}\\ +{\text{b}}_4*{\text{HE\_BFR}}^2*\text{Tlife}+{\text{b}}_5*\text{HE\_BFR}\times {\text{SE}}_4*\text{Tlife}\end{array}$$
  
• Mit den Konstanten
  b₁, b₂, b₃, b₄, SE₁, SE₂, SE₃, SE₄, Tlife, TDC
• Der PMHF-Ausdruck kann zu der folgenden quadratischen Gleichung weiter vereinfacht werden:
• (PMHF nach ISO 26262 Teil 10 V2) $$\begin{array}{l}={\text{HE\_BFR}}^2*\left({\text{b}}_2*\text{TDC}+{\text{b}}_4*\text{Tlife}\right)+\text{HE\_BFR*}({\text{b}}_1+{\text{b}}_3\times {\text{SE}}_2\times \text{TDC}+{\text{b}}_5\times {\text{SE}}_4\\ *\text{Tlife})+{\text{SE}}_3{}^2*\text{TDC}+{\text{SE}}_1\end{array}$$
  
• Beziehungsweise:
• $$\text{PMHF}=\mathbf{HE}\_{\mathbf{BFR}}^2*\text{x}+\mathbf{HE}\_\mathbf{BFR}\text{*y}+\text{z}$$

  

  mit den von der HE-Basisfehlerausfallrate unabhängigen Konstanten: x,y,z .
• Bei einigen Beispielen ist die Implementierung der PMHF in Form von Gleichung (GL12) sehr effizient. Es ist anzumerken, dass Gleichung 12 (GL12) dieselbe Form wie Gleichung 9 (GL9) besitzt. Bei dem Beispiel einer steigenden Basisausfallrate (BFR) sieht die resultierende PMHF wie in 11 gezeigt aus. Insbesondere ist 11 ein Basisgraph, der eine Beispielbeziehung zwischen der Basisausfallrate (BFR) einer Schaltung und der probabilistischen Metrik für Hardwareausfälle (PMHF) zeigt, z. B. gemäß der Norm 26262 der Internationalen Organisation für Normung (ISO), die sich auf die funktionale Sicherheit bei Straßenverkehrsmitteln bezieht, und den obigen Beispielen.
• Bei einigen Beispielen basieren die durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 verwendeten PMHF-Formeln auf der ISO-Norm 26262 und sind wie folgt mit der PMHF gemäß ISO 26262 Teil 5 konsistent: $$\begin{array}{l}\text{ PMHF}=\text{SPF}\text{,HE}+\text{SPF}\text{,SE}+\text{RF}\text{,HE}+\text{RF}\text{,SE}\\ +[\left(\text{IF}\text{,DPFdet}\text{,HE}+\text{SM}\mathrm{1,}\text{DPFdet}\text{,HE}\right)+(\text{IF}\text{,DPFdet}\text{,SE}+\text{SM1}\text{,}\\ \text{DPFdet}\text{,SE}])\\ \text{ x}[\left(\text{IF}\text{,DPFlat}\text{,HE}+\text{SM}\text{,DPFlat}\text{,HE}\right)\times \text{Tlifetime}+\\ \left(\text{IF}\text{,DPFlat}\text{,SE}+\text{SM}\text{,DPFlat}\text{,SE}\right)\times \text{TDC}]\end{array}$$

  
• Bei einigen Beispielen kann PMHF auch durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 gemäß ISO 26262 Teil 10 V2 wie folgt definiert werden: $$\begin{array}{l}\text{PMHF}=\mathrm{\lambda }\text{SPF}\text{,HE}+\mathrm{\lambda }\text{SPF}\text{,SE}+\mathrm{\lambda }\text{RF}\text{,HE}+\mathrm{\lambda }\text{RF}\text{,SE}+0.5\times [\\ +\mathrm{\lambda }\text{SM1}\text{,DPF}\text{,det}\times \mathrm{\lambda }\text{IF}\text{,DPF}\times \text{TDC}\\ +\mathrm{\lambda }\text{SM1}\text{,DPF}\text{,lat}\text{,HE}\times \mathrm{\lambda }\text{IF}\text{,DPF}\times \text{Tlifetime}\\ +\mathrm{\lambda }\text{SM1}\text{,DPF}\text{,lat}\text{,SE}\times \mathrm{\lambda }\text{IF}\text{,DPF}\times \text{TDC}\\ +\mathrm{\lambda }\text{IF}\text{,DPF}\text{,lat}\text{,HE}\times \mathrm{\lambda }\text{SM1}\text{,DPF}\times \text{Tlifetime}\\ +\mathrm{\lambda }\text{IF}\text{,DPF}\text{,lat}\text{,SE}\times \mathrm{\lambda }\text{SM1}\text{,DPF}\times \text{TDC}\\ ]\end{array}$$

  
• Wie erwähnt, kann es in einigen Situationen auch wünschenswert sein, dass die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 Warnungen, Fehler, Lebensdauervorhersagen oder andere Signale an eine oder mehr Komponenten auf Systemebene wie etwa einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine elektronische Steuerungseinheit („electronic control unit“; ECU) oder eine andere Einrichtung auf Systemebene ausgibt. Bei einigen Beispielen basiert eine Mitteilung der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 an das System auf den oben festgelegten Kriterien und der Vorhersage der generalisierten Lebensdauer.
• Bei einigen Beispielen wird durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 eine Zuverlässigkeitsbewertung der Lebensdauer durchgeführt, um eine verbleibende verfügbare vorhergesagte Lebensdauer („available predicted Lifetime“; APL) einer funktionalen Schaltung zu bestimmen. Bei einigen Beispielen wird die verbleibende verfügbare vorausgesagte Lebensdauer (APL) entweder durch Abfragen oder durch regelmäßige Übertragung an das System gesendet. Bei einigen Beispielen wird die APL durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 mit der verfügbaren qualifizierten Lebensdauer AQL („available qualified lifetime“) = (qualifizierte Lebensdauer - aktuelle Lebensdauer) verglichen, und die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 kann eine Wartungsmitteilung an das System ausgeben, wenn die APL weniger als 90% oder 100% der AQL beträgt.
• Darüber hinaus kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 bei einigen Beispielen den vorausgesagten Wert der Basisausfallrate an ein größeres System oder andere Systemkomponenten entweder durch Abfragen oder durch regelmäßige Übertragung ausgeben. Bei noch anderen Beispielen kann die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 den Ausfallratenwert des vorhergesagten Profils mit dem durch den Wert des Qualifikationsprofils definierten Sollwert vergleichen. Wenn der vorhergesagte Wert höher als 90% oder 100% des Sollwerts ist, wird eine Wartungsmitteilung an das System durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 ausgelöst.
• Bei einigen Beispielen kann die PMHF oder die Ausfallrate verwendet werden, um eine Mitteilung zu veranlassen. Die vorhergesagten Werte für die Metrik und die Ausfallrate können von der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 an eine oder mehr andere Komponenten auf Systemebene durch Abfragen oder durch regelmäßige Übertragung gesendet werden. Bei noch anderen Beispielen wird der Wert der Ausfallrate des vorhergesagten Profils mit der für das Produkt definierten Sollwertmetrik und Ausfallrate verglichen. Liegt der vorhergesagte Wert über 90 % oder 100 % des Sollwerts, wird durch die Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 eine Wartungsmitteilung an das System ausgelöst.
• Die Übermittlung von einer oder mehr Mitteilungen über das Ende der Lebensdauer von der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 kann eine Aktion oder Reaktion auf Systemebene auslösen. Die Wartungsmitteilung kann durch eine Schnittstelle, die mit einer beliebigen Schaltung der Schaltungslebensdauermodelleinheit 18, 28, 50 verbunden ist, an das System gesendet werden. Zum Beispiel elektrische Standardschnittstellen wie eine Controller Area Network (CAN)-Busschnittstelle, eine Controller Area Network-Flexible Data (CAN-FD)-Busschnittstelle, eine Local Interconnect Network (LIN)-Busschnittstelle, einen Bus, der gemäß einem Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) über CAN arbeitet, oder eine Controller Area Network-Extra-Large (CAN-XL)-Busschnittstelle, eine Peripheral Sensor Interface Standard (PSI5)-Schnittstelle, eine Serial Peripheral Interface (SPI) oder eine andere Art von Schnittstelle. Es kann auch wünschenswert sein, die Mitteilung unter Verwendung einer definierten Pegeländerung an einem Signalpin zu senden. Andere Schnittstellen wie optische Schnittstellen könnten ebenso verwendet werden. Bei einigen Beispielen kann die Wartungsmitteilung den Austausch der überwachten Schaltung oder einer größeren Einrichtung, die mit der Schaltung verbunden ist, vorsehen, empfehlen oder vorschreiben. Eine weitere mögliche Aktion ist die Aktivierung eines redundanten Teils der Einrichtung. Eine weitere Aktion ist eine Anpassung der Anwendung und/oder der Betriebsparameter der Einrichtung.
• In dieser Offenbarung kann sich ein extrinsischer Fehlermechanismus auf einen Fehlermechanismus beziehen, der durch einen Fehler, der während des Entwurfs, des Layouts, der Herstellung oder des Montageprozesses auftritt, oder durch einen Defekt bei den Herstellungs- oder Montagematerialien verursacht wird, oder auf einen Fehlermechanismus, der direkt auf einen während der Herstellung entstandenen Defekt zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu kann sich ein intrinsischer Fehlermechanismus auf einen Fehlermechanismus beziehen, der durch eine natürliche Verschlechterung der Materialien oder durch die Art und Weise, wie die Materialien während der Herstellungs- oder Baugruppenprozesse kombiniert werden, die innerhalb der Spezifikationsgrenzen liegen, verursacht wird, oder auf einen Fehlermechanismus, der auf eine natürliche Verschlechterung der gemäß der Spezifikation verarbeiteten Materialien zurückzuführen ist.
• In dieser Offenbarung kann sich eine generalisierte Lebensdauer auf die Produktanwendungszeit beziehen, bis ein Funktionsverlust in Bezug auf ein bestimmtes Kriterium auftritt. Die Standard-Zuverlässigkeitslebensdauer kann als ein Spezialfall der allgemeinen Lebensdauer angesehen werden.
• Die folgenden nummerierten Ziffern veranschaulichen einen oder mehr Aspekte der Offenbarung.
• Ziffer 1 - Schaltung, die aufweist: eine Funktionseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Schaltungsfunktion auszuführen; und eine Lebensdauermodelleinheit, die dazu ausgebildet ist, eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung zu schätzen, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist: einen oder mehr Schaltungsparameter über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu messen, und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu schätzen.
• Ziffer 2 - Schaltung nach Ziffer 1, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist: den einen oder die mehr Schaltungsparameter über eine erste Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu messen; den einen oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne zu extrapolieren; und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter über die zweite Zeitspanne zu schätzen.
• Ziffer 3 - Schaltung nach Ziffer 1 oder 2, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen aufweisen.
• Ziffer 4 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 3, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter aktivitätsmetrische Messungen aufweisen.
• Ziffer 5 - Schaltung nach Ziffer 4, wobei die aktivitätsmetrischen Messungen eine oder mehr Zählungen der Schaltungsaktivität aufweisen.
• Ziffer 6 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 5, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist: den einen oder die mehr Schaltungsparameter an mehreren verschiedenen Schaltungsorten über eine erste Zeitspanne zu messen; den einen oder die mehr an den verschiedenen Orten der Schaltung gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne zu extrapolieren; und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter an den verschiedenen Schaltungsorten zu schätzen.
• Ziffer 7 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 6, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Frequenzmessungen aufweisen.
• Ziffer 8 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 7, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen, Aktivitätsmetrikmessungen und Frequenzmessungen aufweisen.
• Ziffer 9 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 8, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, eine Warnung auszugeben.
• Ziffer 10 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 9, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, zumindest einen Teil der Schaltung zu deaktivieren.
• Ziffer 11 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 10, wobei die Lebensdauermodelleinheit dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, zumindest einen Teil eines größeren, mit der Schaltung verbundenen Systems zu deaktivieren.
• Ziffer 12 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 11, wobei die Zeitspanne eine Lebensdauer der Schaltung aufweist.
• Ziffer 13 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 12, wobei die Funktionseinheit eine oder mehr Einheiten aufweist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: einer Lasttreiberschaltung; einer Logikschaltung; einem Motortreiber; einer Oszillatorschaltung; einer Pegelumsetzerschaltung; einer Phasenschieberschaltung; einer Phasenregelschleifenschaltung; einer Analog-Digital-Wandler-Schaltung; einer Digital-Analog-Wandler Schaltung; einer ALU; einem Prozessor; einem Mikrocontroller; einem DSP; einer Kommunikationsschnittstellenschaltung; einer digitalen Logikschaltung; einer Zustandsmaschine; einer Signalverarbeitungsschaltung; einer Steuerschaltung; einer Analogfunktionsschaltung; einem Sensor; oder einer Speicherschaltung.
• Ziffer 14 - Schaltung nach einer der Ziffern 1 - 13, wobei die Lebensdauermodelleinheit zumindest einen Teil der Funktionseinheit aufweist, der dazu ausgebildet ist, die verbleibende Lebensdauer während einer Zeitspanne, in der die Funktionseinheit die Schaltungsfunktion nicht ausführt, zu schätzen.
• Ziffer 15 - Verfahren, das aufweist: Ausführen einer Schaltungsfunktion über eine Schaltung; und Schätzen einer verbleibenden Lebensdauer der Schaltung, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung beinhaltet: Messen von einem oder mehr Schaltungsparametern über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung, und Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung.
• Ziffer 16 - Verfahren nach Ziffer 15, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung aufweist: Messen des einen oder der mehr Schaltungsparameter über eine erste Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung; Extrapolieren des einen oder der mehr gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne; und Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des einen oder der mehr gemessenen Schaltungsparameter über die zweite Zeitspanne.
• Ziffer 17 - Verfahren nach Ziffer 15 oder 16, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer die Berechnung einer Basisausfallrate beinhaltet.
• Ziffer 18 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 17, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer weiterhin das Ausführen einer Ausfallmoduseffekt- und Diagnoseanalyse beinhaltet.
• Ziffer 19 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 18, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter eine oder mehr Messungen aufweisen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Temperaturmessungen; Aktivitätsmetrikmessungen; einer oder mehr Zählungen einer gemessenen Schaltungsaktivität; oder Frequenzmessungen.
• Ziffer 20 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 19, das weiterhin aufweist: Ausgeben einer Warnung als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist.
• Ziffer 21 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 20, das weiterhin aufweist: Deaktivieren zumindest eines Teils der Schaltung als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist.
• Ziffer 22 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 21, wobei die Zeitspanne eine Lebensdauer der Schaltung aufweist.
• Ziffer 23 - Verfahren nach einer der Ziffern 15 - 22, wobei das Ausführen der Schaltungsfunktion das Ausführen von einer oder mehr Funktionen von einer oder mehr Schaltungen aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: einer Lasttreiberschaltung; einer Logikschaltung; einem Motortreiber; einer Oszillatorschaltung; einer Pegelumsetzerschaltung; einer Phasenschieberschaltung; einer Phasenregelschleifenschaltung; einer Analog-Digital-Wandler-Schaltung; einer Digital-Analog-Wandler Schaltung; einer ALU; einem Prozessor; einem Mikrocontroller; einem DSP; einer Kommunikationsschnittstellenschaltung; einer digitalen Logikschaltung; einer Zustandsmaschine; einer Signalverarbeitungsschaltung; einer Steuerschaltung; einer Analogfunktionsschaltung; einem Sensor; oder einer Speicherschaltung.
• Es wurden verschiedene Beispiele der Offenbarung beschrieben. Jede Kombination der beschriebenen Systeme, Operationen oder Funktionen ist denkbar. Diese und andere Beispiele fallen in den Umfang der folgenden Ansprüche.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• ISO 26262:2018-11 [0041, 0066, 0067, 0069, 0072, 0077]
• ISO 26262 [0084]
• ISO 26262:2018 [0084]

Claims (23)

1. Schaltung, die aufweist: eine Funktionseinheit (16), die dazu ausgebildet ist, eine Schaltungsfunktion auszuführen; und eine Lebensdauermodelleinheit (18), die dazu ausgebildet ist, eine verbleibende Lebensdauer der Schaltung zu schätzen, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist: einen oder mehr Schaltungsparameter über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu messen, und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu schätzen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist: den einen oder die mehr Schaltungsparameter über eine erste Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung zu messen; den einen oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne zu extrapolieren; und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter(s) über die zweite Zeitspanne zu schätzen.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen aufweisen.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter aktivitätsmetrische Messungen aufweisen.
5. Schaltung nach Anspruch 4, wobei die aktivitätsmetrischen Messungen eine oder mehr Zählungen der Schaltungsaktivität aufweisen.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist: den einen oder die mehr Schaltungsparameter an mehreren verschiedenen Schaltungsorten über eine erste Zeitspanne zu messen; den einen oder die mehr an den verschiedenen Orten der Schaltung gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne zu extrapolieren; und die verbleibende Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des/der gemessenen einen oder mehr Schaltungsparameter(s) an den verschiedenen Schaltungsorten zu schätzen.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Frequenzmessungen aufweisen.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter Temperaturmessungen, Aktivitätsmetrikmessungen und Frequenzmessungen aufweisen.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, eine Warnung auszugeben.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, zumindest einen Teil der Schaltung zu deaktivieren.
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer unter einem Schwellenwert liegt, zumindest einen Teil eines größeren, mit der Schaltung verbundenen Systems zu deaktivieren.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Zeitspanne eine Lebensdauer der Schaltung aufweist.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Funktionseinheit (16) eine oder mehr Einheiten aufweist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: einer Lasttreiberschaltung; einer Logikschaltung; einem Motortreiber; einer Oszillatorschaltung; einer Pegelumsetzerschaltung; einer Phasenschieberschaltung; einer Phasenregelschleifenschaltung; einer Analog-Digital-Wandler-Schaltung; einer Digital-Analog-Wandler Schaltung; einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU); einem Prozessor; einem Mikrocontroller; einem digitalen Signalprozessor (DSP); einer Kommunikationsschnittstellenschaltung; einer digitalen Logikschaltung; einer Zustandsmaschine; einer Signalverarbeitungsschaltung; einer Steuerschaltung; einer Analogfunktionsschaltung; einem Sensor; oder einer Speicherschaltung.
14. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Lebensdauermodelleinheit (18) zumindest einen Teil der Funktionseinheit (16) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die verbleibende Lebensdauer während einer Zeitspanne, in der die Funktionseinheit (16) die Schaltungsfunktion nicht ausführt, zu schätzen.
15. Verfahren, das aufweist: Ausführen einer Schaltungsfunktion über eine Schaltung; und Schätzen einer verbleibenden Lebensdauer der Schaltung, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung beinhaltet: Messen von einem oder mehr Schaltungsparametern über eine Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung, und Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf dem einen oder den mehr gemessenen Schaltungsparametern über die Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung aufweist: Messen des einen oder der mehr Schaltungsparameter über eine erste Zeitspanne während des Betriebs der Schaltung; Extrapolieren des einen oder der mehr gemessenen Schaltungsparameter über eine zweite Zeitspanne; und Schätzen der verbleibenden Lebensdauer der Schaltung basierend auf der Extrapolation des einen oder der mehr gemessenen Schaltungsparameter über die zweite Zeitspanne.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer die Berechnung einer Basisausfallrate beinhaltet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Schätzen der verbleibenden Lebensdauer weiterhin das Ausführen einer Ausfallmoduseffekt- und Diagnoseanalyse (FMEDA) beinhaltet.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der eine oder die mehr gemessenen Schaltungsparameter eine oder mehr Messungen aufweisen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Temperaturmessungen; Aktivitätsmetrikmessungen; einer oder mehr Zählungen einer gemessenen Schaltungsaktivität; oder Frequenzmessungen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das weiterhin aufweist: Ausgeben einer Warnung als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, das weiterhin aufweist: Deaktivieren zumindest eines Teils der Schaltung als Reaktion auf das Erkennen, dass die Schätzung der verbleibenden Lebensdauer geringer als ein Schwellenwert ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei die Zeitspanne eine Lebensdauer der Schaltung aufweist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Ausführen der Schaltungsfunktion das Ausführen von einer oder mehr Funktionen von einer oder mehr Schaltungen aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: einer Lasttreiberschaltung; einer Logikschaltung; einem Motortreiber; einer Oszillatorschaltung; einer Pegelumsetzerschaltung; einer Phasenschieberschaltung; einer Phasenregelschleifenschaltung; einer Analog-Digital-Wandler-Schaltung; einer Digital-Analog-Wandler Schaltung; einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU); einem Prozessor; einem Mikrocontroller; einem digitalen Signalprozessor (DSP); einer Kommunikationsschnittstellenschaltung; einer digitalen Logikschaltung; einer Zustandsmaschine; einer Signalverarbeitungsschaltung; einer Steuerschaltung; einer Analogfunktionsschaltung; einem Sensor; oder einer Speicherschaltung.

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