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文档简介
《道路车辆功能安全第11部分:半导体应用指南GB/T34590.11-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4半导体组件及其分区4.1如何考虑半导体组件开发4.2半导体组件划分4.3关于硬件的故障、错误和失效模式4.4关于使半导体组件安全分析适应系统层面contents目录4.5知识产权(IP)4.6半导体的基础失效率4.7半导体相关失效分析4.8故障注入4.9生产和运行4.10分布式开发中的接口4.11认可措施4.12硬件集成与验证说明5特定半导体技术和应用案例5.1数字组件和存储器contents目录5.2模拟/混合信号组件5.3可编程逻辑器件5.4多核组件5.5传感器和转换器附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例附录B(资料性)相关失效分析示例附录C(资料性)数字组件定量分析示例附录D(资料性)模拟组件的定量分析示例contents目录附录E(资料性)PLD组件定量分析示例参考文献011范围提供了半导体元器件及系统在选择、应用、集成和测试方面的指南。旨在确保半导体元器件及系统在道路车辆上的功能安全。本部分适用于安装在道路车辆上含有半导体的电子控制系统或部件。1范围022规范性引用文件2规范性引用文件文件版本要求对于引用的文件,若注明了日期,则仅该日期对应的版本适用于本标准;若未注明日期,则其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。这样做是为了确保引用的内容是最新的、有效的,以保障标准的准确性和适用性。其他相关标准此外,为了保持内容的一致性和完整性,还参考了其他与道路车辆功能安全及半导体应用相关的国家或国际标准。核心引用该标准主要引用了ISO26262-11:2018,即道路车辆功能安全的国际标准第11部分,作为制定半导体应用指南的基础。033术语和定义半导体材料指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,是制作电子器件的重要材料。半导体组件在电子电路中起关键作用的半导体元器件,如晶体管、集成电路等。3术语和定义044半导体组件及其分区包括逻辑芯片(如CPU、GPU)、存储芯片(如DRAM、NANDFlash)、模拟芯片等。集成电路如功率IC、二极管、三极管、MOSFET、IGBT等。分立器件包括光电二极管、光电三极管、LED、OLED、半导体激光器等。光电器件4半导体组件及其分区010203054.1如何考虑半导体组件开发在设计半导体组件时,应首先根据应用需求和性能指标进行电路设计,这包括模拟电路和数字电路的设计。设计过程中需使用CAD工具进行原理图设计和电路仿真,确保设计的可行性和正确性。电路设计选择合适的封装类型对于半导体组件的性能和可靠性至关重要。设计过程中需考虑电路信号完整性和热管理等因素,通过CAD工具进行三维模型设计和封装排线。封装设计4.1如何考虑半导体组件开发064.2半导体组件划分集成电路(IntegratedCircuits)包括模拟IC和数字IC,用于处理各种电子信号和数据。模拟IC如放大器、接口电路等,数字IC则包括CPU、MCU等。分立器件(DiscreteSemiconductors)根据耗散功率大小,分立器件可分为小信号器件如二极管、三极管,以及功率器件如MOSFET、IGBT等。传感器件(Sensors)用于检测和测量各种物理量,如温度、压力、光线等,并转换为可处理的电子信号。光电器件(Optoelectronics)实现光能与电能之间的相互转换,如发光二极管(LED)、光敏电阻等。4.2半导体组件划分074.3关于硬件的故障、错误和失效模式-故障通常指硬件组件或系统的物理缺陷、设计缺陷或外部影响导致的问题。-根据影响程度,故障可分为轻微、重大和灾难性故障。故障定义与分类4.3关于硬件的故障、错误和失效模式-故障模式包括但不限于电气故障、机械故障、热故障等。4.3关于硬件的故障、错误和失效模式123错误检测与处理-错误是指硬件在执行其功能时与预期行为的偏差。-硬件应设计有错误检测机制,如奇偶校验、CRC校验等,以便及时发现并处理错误。4.3关于硬件的故障、错误和失效模式010203-一旦检测到错误,系统应能够采取相应的恢复措施,如重启、切换到备份系统等。失效模式与影响分析(FMEA)-失效模式是指硬件组件或系统可能发生的失效方式。4.3关于硬件的故障、错误和失效模式4.3关于硬件的故障、错误和失效模式-FMEA是一种预防性的质量工具,用于识别产品或过程中潜在的失效模式及其原因和影响。-通过对失效模式的深入分析和优先级排序,可以采取有效的改进措施来提高硬件的可靠性和安全性。““084.4关于使半导体组件安全分析适应系统层面4.4关于使半导体组件安全分析适应系统层面分析半导体组件的故障模式和影响针对半导体组件可能出现的故障模式进行详细分析,包括其对系统安全性的潜在影响,从而确定需要采取的安全措施。将半导体组件的安全分析整合到系统层面在系统层面对半导体组件进行安全分析时,需要将其与整个系统的安全需求、安全目标和安全机制等相结合,以确保半导体组件的安全性能够与整个系统的安全性相协调。识别半导体组件在系统中的作用首先需要明确半导体组件在整个道路车辆系统中的具体作用和位置,以及它如何与其他组件和系统交互。030201094.5知识产权(IP)IP保护与授权在半导体应用中,知识产权的保护尤为重要。本指南强调了对相关IP进行适当保护和授权的必要性,以确保技术创新和研发成果得到合理的商业回报。4.5知识产权(IP)避免侵权风险企业在开发和使用半导体技术时,必须注意避免侵犯他人的知识产权。本指南提供了关于如何识别和评估潜在侵权风险的指导,帮助企业规避法律风险。促进技术交流与合作在保护知识产权的同时,本指南也鼓励企业之间的技术交流与合作。通过共享研发成果和推动技术转移,可以促进整个半导体行业的创新与发展。104.6半导体的基础失效率4.6半导体的基础失效率基础失效率(BFR)定义基础失效率是用于量化半导体产品组件在正常工作条件下的可靠性指标,它反映了组件在特定环境条件下的内在质量。BFR通常与温度、电压和工作时长等因素相关联,用于评估组件的耐用性。BFR的计算方法BFR的计算依赖于对失效模式的假设,并可以通过多种技术进行估算,包括经验性/实验性来源、现场观察返回的失效率以及行业认可的可靠性标准计算等。这些方法提供了量化半导体组件随机失效风险的基础。BFR在功能安全中的应用在评估道路车辆功能安全时,BFR是一个关键参数。它有助于确定半导体组件是否满足相关的功能安全要求,例如,是否符合汽车安全完整性等级(ASIL)的标准。通过计算和分析BFR,可以更有效地识别和管理与半导体相关的潜在安全风险。114.7半导体相关失效分析4.7半导体相关失效分析失效分析是半导体芯片质量控制的关键环节,它有助于找出产品失效的原因,防止相同问题的再次出现,从而提高产品的可靠性和安全性。失效分析的重要性包括X-RAY检测、超声波扫描显微镜(SAT)、开封(Decap)等,这些方法可以有效地检测出半导体芯片内部的缺陷和异常情况。常见的失效分析方法通常包括收集失效样品、进行初步检查、选择合适的分析方法、实施分析、得出结论以及提出改进措施等步骤。通过这个流程,可以系统地找出失效原因,为产品的改进提供有力的支持。失效分析的流程010203124.8故障注入故障注入的定义和目的-故障注入是一种通过人为方式在系统中引入故障,以测试和验证系统在异常情况下的反应和恢复能力的技术。4.8故障注入-在半导体应用中,故障注入主要用于测试芯片或系统在遇到故障时的容错性和可靠性。-硬件故障注入通过物理手段(如电压或时钟干扰)直接在硬件层面引入故障。-软件故障注入通过修改程序代码或数据来模拟硬件故障,便于在开发早期阶段进行测试。4.8故障注入4.8故障注入-模拟故障注入:使用仿真器或模拟器来模拟硬件故障,无需实际修改硬件。01故障注入在半导体应用中的重要性02-通过故障注入,可以在系统设计和开发阶段发现潜在的容错性问题,提高产品的可靠性和安全性。034.8故障注入-有助于评估系统在面临各种潜在故障时的性能,从而指导设计改进措施。-在汽车等安全关键领域,故障注入是确保系统满足功能安全要求的重要手段之一。134.9生产和运行4.9生产和运行生产过程中的功能安全考虑在生产半导体组件时,必须确保所有的制造和测试流程均符合功能安全的要求。这包括使用合格的原材料、进行严格的工艺流程控制,以及在生产过程中实施定期的质量检查和测试。运行中的监控与维护对于已经安装在车辆上的半导体组件,应有有效的监控机制来确保其性能的稳定性和安全性。此外,定期的维护和检查也是必不可少的,以便及时发现并解决潜在的安全问题。应对故障的策略在半导体组件的运行过程中,可能会出现各种故障。因此,指南中强调了制定应对故障的策略的重要性,包括故障检测、隔离和恢复等措施,以确保在发生故障时能够最大程度地减少对车辆安全性能的影响。144.10分布式开发中的接口4.10分布式开发中的接口其他安全标准的补充性其他专用的安全标准可作为本文件的补充,反之亦然,体现了标准的灵活性和可扩展性。不适用情况本文件不适用于特殊用途车辆上特定的电气/电子系统,例如为残疾驾驶者设计的车辆系统。同时,已经完成生产发布的系统及其组件或在本文件发布前正在开发的系统及其组件也不适用于本文件。适用范围本文件适用于安装在除轻便摩托车外的量产道路车辆上的包含一个或多个电气/电子系统的与安全相关的系统。它特别关注由安全相关的电气/电子系统的功能异常表现而引起的可能的危害,包括这些系统相互作用而引起的可能的危害。154.11认可措施认可流程该标准明确了半导体组件或系统在功能安全方面的认可流程,包括评估、验证和确认等环节,确保产品符合预定的安全要求。安全证据持续监控与更新4.11认可措施制造商需提供充分的安全证据来支持其产品的安全性,这些证据可能包括测试结果、分析报告和评估数据等,以便获得相关认证机构的认可。认可措施不仅限于产品投放市场前,还包括投放市场后的持续监控和必要的更新。这要求制造商建立有效的反馈机制,以及时应对可能出现的安全问题。164.12硬件集成与验证说明硬件集成的重要性硬件集成是确保半导体器件在车辆系统中正常工作的关键步骤。它涉及到将不同的硬件组件组合在一起,以确保它们能够协同工作,满足系统的功能需求。验证过程的要点硬件集成后,需要进行详细的验证以确保系统的稳定性和安全性。验证过程包括测试硬件之间的兼容性、检查系统是否满足设计要求,并评估其在各种条件下的性能表现。与功能安全的关联硬件集成与验证是功能安全的重要组成部分。通过确保硬件组件的正确集成和验证,可以降低系统故障的风险,从而提高道路车辆的安全性。这一过程对于符合GB/T34590.11-2022标准的要求至关重要。4.12硬件集成与验证说明175特定半导体技术和应用案例5特定半导体技术和应用案例人工智能领域中的半导体应用随着人工智能技术的飞速发展,专门用于AI应用的半导体芯片如英特尔的Nervana、谷歌的TPU等不断涌现,这些芯片大幅提升了AI系统的性能和计算效率。无人驾驶中的半导体技术无人驾驶汽车依赖大量的传感器和处理器,而高效的半导体芯片能够提供强大的处理能力和稳定的运行环境,是无人驾驶技术实现的关键。半导体在医疗健康领域的应用生物传感器、微电子器件等半导体技术在医疗健康领域有广泛应用,如监测生理指标、医学影像设备以及智能健康监测系统等,促进了医疗健康行业的发展。185.1数字组件和存储器5.1数字组件和存储器数字组件的安全性要求本部分详细说明了数字组件,如微处理器、微控制器和数字信号处理器等,在功能安全方面应满足的要求。这包括了对组件的可靠性、故障检测和处理能力等方面的规定,以确保在面临潜在故障时,这些组件能够维持其安全性。存储器的功能安全要求存储器是道路车辆系统中至关重要的部分,用于存储数据和程序。本指南对存储器的数据完整性、可靠性和数据保护等提出了明确要求,以防止数据损坏或丢失对车辆安全造成影响。数字组件与存储器的整合强调了数字组件与存储器之间的安全整合,包括数据交换的安全性、错误检测和纠正机制等。这种整合确保了在系统运行过程中,数据处理和存储的准确性和可靠性,从而提升了整个车辆系统的功能安全。195.2模拟/混合信号组件01组件安全性要求该标准对模拟/混合信号组件在功能安全方面的要求进行了详细阐述。这些组件需要满足特定的安全性能指标,以确保在道路车辆中的可靠运行。设计与测试标准为了确保模拟/混合信号组件的功能安全性,该指南提供了设计与测试的标准流程。这包括电路设计的审查、模拟与测试方法的确认,以及针对潜在故障模式的分析和应对措施。故障检测与诊断标准强调了故障检测与诊断系统的重要性,特别是对于模拟/混合信号组件。通过实时监控和诊断,可以及时发现并处理潜在的安全风险,从而确保车辆的安全运行。5.2模拟/混合信号组件0203205.3可编程逻辑器件5.3可编程逻辑器件在汽车半导体中的应用随着汽车电子化的不断发展,PLD在汽车半导体中的应用越来越广泛。例如,在发动机控制、车身控制、安全系统等方面,PLD都发挥着重要作用。通过编程,PLD可以实现各种复杂的控制算法和逻辑功能,提高汽车的性能和安全性。功能与特点PLD具有高度的灵活性和可重构性,能够根据设计需求实现各种复杂的逻辑功能。同时,由于其可编程性,PLD在设计和验证阶段能够提供极大的便利,缩短产品开发周期。定义与分类可编程逻辑器件(PLD)是一种数字集成电路,其逻辑功能可由用户通过编程来定义。根据结构和可编程性的不同,PLD可分为简单PLD、复杂PLD和现场可编程门阵列(FPGA)等。215.4多核组件5.4多核组件多核组件的定义与特点:多核组件是指在一个芯片上集成了多个处理核心,每个核心可以独立执行指令,从而提高整体的处理能力。这种设计能够满足现代车辆系统对高性能计算和快速响应的需求。多核组件在车辆功能安全中的应用:多核组件在车辆控制、传感器数据处理、导航和娱乐系统等方面发挥着重要作用。通过并行处理,多核组件能够加快数据处理速度,提高系统的实时性和可靠性,进而增强车辆的功能安全。多核组件的安全考虑:在使用多核组件时,需要考虑其安全性问题。例如,如何确保各个核心之间的数据同步和通信的安全性,如何防止核心之间的干扰和冲突,以及如何对多核组件进行有效的故障检测和隔离等。这些问题对于保障车辆的功能安全至关重要。225.5传感器和转换器传感器和转换器在车辆功能安全中扮演着至关重要的角色,它们负责将物理量转换为电信号,供车辆的控制系统使用,从而实现对车辆状态的实时监控和调整。关键性作用5.5传感器和转换器为确保功能安全,传感器和转换器需要满足一系列严格的性能要求,包括精确度、响应时间、抗干扰能力等。这些性能指标的达成是车辆安全运行的基石。性能要求在选择和配置传感器与转换器时,需根据车辆的具体应用场景和安全需求进行。例如,在高级驾驶辅助系统(ADAS)中,可能需要使用高精度、高响应速度的传感器来确保行车安全。选择与配置23附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例附录A提供了关于如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例。该示例对于理解和实施半导体在功能安全中的应用至关重要。以下是对该附录的详细解读附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例通过识别和分析这些失效模式,可以更有效地评估和提高系统的功能安全性。1.数字失效模式的定义数字失效模式是指那些可能导致系统或组件功能异常的数字化故障模式。在半导体应用中,这些失效模式可能包括位翻转、寄存器冻结等。附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例0102031232.诊断覆盖率评估的重要性诊断覆盖率是衡量系统对潜在失效模式的检测能力的关键指标。高诊断覆盖率意味着系统能够更准确地检测和识别失效模式,从而及时采取措施防止功能安全事故的发生。附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例识别潜在的数字失效模式根据半导体的特性和应用场景,列出可能的数字失效模式。开发诊断策略设计诊断测试和监控机制,以确保能够检测到这些失效模式。附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例实施诊断测试在实验室环境或实际车辆中对诊断策略进行验证。分析诊断覆盖率附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例根据测试结果,评估诊断策略对各种失效模式的检测能力,并计算诊断覆盖率。0102附录A(资料性)有关如何使用数字失效模式进行诊断覆盖率评估的示例定期更新诊断策略随着技术发展和应用场景的变化,定期更新和优化诊断策略以适应新的失效模式。增加诊断点在关键路径上增加更多的诊断点,以提高对失效模式的检测能力。优化诊断算法通过改进算法,提高检测精度和效率。24附录B(资料性)相关失效分析示例半导体器件过热失效示例1可能是由于电路设计不当、散热系统不足或环境温度过高导致。-原因分析过热可能导致半导体性能下降,甚至造成永久性损坏,影响车辆的正常运行。-影响评估附录B(资料性)相关失效分析示例优化电路设计,提高散热效率,确保环境温度适宜。-预防措施半导体器件电气过应力失效示例2可能是由于电压过高、电流过大或电路中的瞬态过电压导致。-原因分析附录B(资料性)相关失效分析示例01-影响评估电气过应力可能导致半导体器件内部损坏,引发电路故障,危及行车安全。附录B(资料性)相关失效分析示例02-预防措施加强电路保护设计,采用合适的过电压、过电流保护措施。03示例3半导体器件机械应力失效-原因分析机械应力可能导致半导体器件内部连接断裂或性能下降,影响车辆的稳定性和安全性。-影响评估-预防措施优化安装工艺,减少振动和冲击对半导体器件的影响,加强质量检测。可能是由于振动、冲击或安装不当导致的机械应力引起。附录B(资料性)相关失效分析示例25附录C(资料性)数字组件定量分析示例-提供一个具体的数字组件定量分析过程。-展示如何评估半导体组件在功能安全方面的性能。示例目的附录C(资料性)数字组件定量分析示例-帮助理解在实际应用中如何实施定量分析。附录C(资料性)数字组件定量分析示例-确定关键参数包括故障率、诊断覆盖率等。-收集数据通过实验或厂商提供的数据获取关键参数的具体数值。附录C(资料性)数字组件定量分析示例-进行计算使用功能安全标准中提供的方法进行计算,如FMEDA(失效模式、
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