一種航空電子裝置電源模塊的電磁兼容可靠性評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明提供一套基于仿真的，評估航空電子裝置的電源模塊電磁兼容可靠性(ElectromagneticReliability,EMR)的方法，屬于產品可靠性領域。
【背景技術】
[0002] 隨著信息時代的到來，電氣化與自動化水平不斷提高，電子產品向微型化、集成 化、大功率、高頻、高速、高靈敏度的方向發展，我們周圍的電磁環境越來越復雜。這些電子 設備都在向外界發射著各種有用或無用的電磁波，對其他電子設備的正常工作產生干擾。 作為當前最主要、最靈活的電子對抗平臺，航空電子裝置的種類和數量與日俱增，占用的電 磁頻譜越來越寬，發射功率也越來越大，靈敏度要求越來越高，加之機載平臺空間有限，形 成了復雜而惡劣的外部電磁環境；另一方面，航空電子裝置的功能日趨豐富，內部微電子元 器件和線路增多，走線寬度越來越窄，再加上信號頻率突增，邊沿也越來越陡峭，就又構成 了惡劣的內部電磁環境。這種內憂外擾的電磁環境使航空電子裝置的電磁兼容問題越來越 突出。
[0003] 目前，電磁兼容問題受到了全球各國的重視，美國、德國、日本等國家在電磁兼容 研宄和應用領域均達到了較高水平。在理論上，提出各種精確及近似求解算法，并嵌入到商 業軟件中，利用計算機進行高速計算仿真；在工程上，不僅從電路、結構、工藝和安裝等各個 角度提出消除和削弱電磁干擾的措施，還制定了相關標準規范。
[0004] 但是傳統的產品設計都是依據工程師的豐富經驗，并利用示波器等工具進行功能 驗證，對于產品電磁兼容性測試則只能送到專業電磁兼容測試機構，花費成本高，研發周期 長，且不適用于新產品的研發。通常來說，電磁兼容性測試報告只能給出產品是否通過測試 的結論，無法洞察問題產生原因，只能憑借技術人員的經驗來解決出現的電磁兼容問題，具 有一定的盲目性，對人員技術要求較高，且費時費力。因此，產品設計人員開始關注建模仿 真，在設計階段就能夠預測潛在電磁兼容性故障，及時修改產品設計。
[0005] 總的來說，航空電子裝置的電磁兼容性雖逐步受到重視，但目前常見的電磁兼容 性評估，往往是通過仿真或測試等方法找到故障發生位置，無法明確給出可靠性指標值。

【發明內容】

[0006] 針對現有技術無法明確給出作為電子裝置的電磁兼容性設計及優化重要參考的EMR指標值的缺點，本發明的目的在于提供一套評估航空電子裝置的電源模塊的電磁兼容 可靠性的方法，具體地，基于電磁兼容仿真技術，并將SSI(StressStrengthInterference 應力-強度干涉）理論和PPoF(ProbabilityPhysicsofFailure概率故障物理）方法融 入到電磁效應分析中，進而獲得航空電子裝置電磁累積損傷的EMR指標，建立了電磁應力 與可靠性指標間的定量關系，直觀把握產品的EMR水平，為產品的電磁兼容性設計及優化 提供參考依據。
[0007] 本發明的航空電子裝置電源模塊的電磁兼容可靠性的評估方法，其特征在于包括 以下步驟：
[0008] 步驟一：信息收集，包括：
[0009] a.收集電源模塊硬件及工作條件信息；
[0010] b.建立電源模塊與電磁兼容相關的故障信息矩陣，故障信息矩陣包括故障機理及 對應的故障物理模型；
[0011] C.從故障信息矩陣中選擇故障前時間最短的故障機理作為主故障機理，獲得其對 應的主
[0012] 故障物理模型；
[0013] d.確定與電場輻射以及主故障機理相關的特征參數及分布；
[0014] 步驟二：電源模塊電磁兼容的仿真分析，包括以下子步驟：
[0015] a.根據步驟一收集的硬件及工作條件信息，建立電源模塊的仿真模型；
[0016] b.選擇所述仿真模型中要分析的目標走線，對其進行分析設置；
[0017] c.對電源模塊進行信號完整性、電源完整性、電磁場分布及遠場福射的仿真求 解；
[0018] 步驟三：硬故障電磁兼容可靠性評估，包括以下子步驟：
[0019]a.對步驟一中確定的所述特征參數按照其分布進行蒙特卡洛抽樣；
[0020] b.將獲得的特征參數抽樣數據輸入步驟二中建立的仿真模型，經多次計算獲得在 多個頻點上的多個最大電場強度值，并擬合出其分布；
[0021]C.以多個頻點上的最大電場強度分布作為SSI模型中的應力分布，將國標規定的 場強限值作為SSI模型的強度，進行可靠度求解，并繪制出頻率-可靠度曲線圖；
[0022] d.根據頻率-可靠度曲線圖獲得電源模塊工作頻率條件下的硬故障電磁兼容可 靠度值；
[0023] 步驟四：累積損傷電磁兼容可靠性評估，包括以下子步驟：
[0024]a.選擇與硬故障電磁兼容可靠性評估中相同的特征參數樣本，在多個頻點上分別 進行建模仿真求解獲得目標走線上的電磁物理參數；
[0025]b.將得到的多個電磁物理參數代入前述主故障物理模型中，得到電源模塊在該電 應力
[0026] 條件下的多個失效時間，對其進行分布擬合，獲得可靠度函數；
[0027] 步驟五：綜合電磁兼容可靠性評估，以該電源模塊工作頻率條件下的硬故障電磁 兼容可靠度值與累積損傷型電磁兼容可靠度函數的乘積作為該電源模塊的綜合電磁兼容 可靠度。
[0028] 優選地，其中步驟一中所收集的硬件及工作條件信息包括電源模塊電路板的功 能、工作應力條件，電路板上的組成元器件清單，電路板和元器件的結構、材料、工藝參數、 弓丨腳信息、焊點以及過孔信息。
[0029] 優選地，其中步驟一中的所述故障機理包括電迀移、二次擊穿、熱載流子效應、柵 氧化層擊穿以及過熱燒毀。
[0030] 優選地，其中步驟一中所述的主故障機理為電迀移。
[0031] 優選地，其中步驟一中確定的特征參數為電源模塊電路板及元器件的相對介電常 數，其服從正態分布。
[0032] 優選地，其中步驟二中的所述分析設置包括：對所選走線添加激勵源端口，設置仿 真模型的背景材料和邊界條件，設置網格參數、求解目標、工作頻率及模型的掃頻響應，設 置監視器。
[0033] 優選地，其中步驟二中所述仿真求解包括：
[0034] 1)對信號完整性進行仿真，分析由高頻電路電磁應力造成的信號串擾、干擾問題 對電路板信號完整性產生的影響，得到信號眼圖；
[0035] 2)對電源完整性進行仿真，分析得到電源阻抗和電源電壓降；
[0036] 3)分析走線信號產生的電磁場，仿真電路板的場輻射，得到電路板的電場分布、磁 場分布、表面電流以及遠場輻射。
[0037] 優選地，其中步驟四中所述的電磁物理參數為目標走線上的表面電流。
[0038] 綜上所述，本發明的技術思路在于：首先從故障物理的角度，研宄電磁效應的作用 機制，建立起一個電磁環境下電源模塊故障信息矩陣，然后給出了電磁兼容仿真具體工作， 包括建模、條件設置、求解及后處理、設計優化等內容，其仿真結果將被用于電磁兼容可靠 性評估。然后結合之前得到的故障信息矩陣、仿真結果和蒙特卡洛抽樣，提出兩種評估EMR 的方法。一種針對具有概率性的硬故障，利用SSI理論，獲得產品的可靠度指標；另一種方 法則針對具有