ISO 26262功能安全：貼片二極管失效模式與雷達(dá)傳感器冗余設(shè)計(jì)

ISO 26262功能安全：貼片二極管失效模式與雷達(dá)傳感器冗余設(shè)計(jì)

當(dāng)L3級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛在暴雨中巡航時(shí)，雷達(dá)電源保護(hù)二極管的0.02%瞬態(tài)開(kāi)路失效，引發(fā)24V負(fù)載突降電壓直擊MMIC芯片——這相當(dāng)于A(yíng)SIL-B系統(tǒng)遭遇ASIL-D級(jí)危害事件。平尚科技的故障樹(shù)分析（FTA）表明：貼片二極管單點(diǎn)故障可導(dǎo)致雷達(dá)誤報(bào)率飆升47倍，而符合ISO 26262的冗余架構(gòu)能將風(fēng)險(xiǎn)壓縮至10??/h。

隨著2023版ISO 26262新增半導(dǎo)體失效模型要求（Part 11），車(chē)規(guī)二極管的失效模式影響和診斷分析（FMEDA）成為ASIL-C/D系統(tǒng)強(qiáng)制項(xiàng)。雷達(dá)傳感器中整流、續(xù)流、ESD防護(hù)等二極管的失效率需＜1 FIT（1故障/10億小時(shí)），平尚科技開(kāi)發(fā)的 雙通道診斷+熱備份 方案正為毫米波雷達(dá)構(gòu)筑功能安全基石。

貼片二極管四大失效模式與雷達(dá)風(fēng)險(xiǎn)

短路失效（占比68%）

• 機(jī)理：過(guò)流導(dǎo)致金屬遷移形成枝晶，短路電阻＜0.1Ω

• 雷達(dá)影響：電源總線(xiàn)電壓跌落至2.1V，DSP算法崩潰

• 危害等級(jí)：ASIL-C（車(chē)輛誤制動(dòng)）

開(kāi)路失效（占比27%）

• 機(jī)理：焊點(diǎn)熱疲勞裂紋（-40℃~125℃循環(huán)5000次）

• 雷達(dá)影響：續(xù)流功能喪失，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)擊穿MOSFET

• 危害等級(jí)：ASIL-D（系統(tǒng)宕機(jī)）

參數(shù)漂移（占比4%）

• 機(jī)理：濕熱環(huán)境導(dǎo)致肖特基勢(shì)壘高度下降0.15eV

• 雷達(dá)影響：反向漏電流從1μA增至10mA，LNA噪聲系數(shù)惡化6dB

• 危害等級(jí)：ASIL-B（探測(cè)距離縮短30%）

焊接失效（占比1%）

• 機(jī)理：錫須生長(zhǎng)造成相鄰引腳橋接

• 雷達(dá)影響：I2C總線(xiàn)鎖死，點(diǎn)云輸出凍結(jié)

• 危害等級(jí)：ASIL-B（目標(biāo)跟蹤丟失）

ISO 26262對(duì)二極管的嚴(yán)苛要求

ASIL-D級(jí)硬件指標(biāo)

平尚科技雷達(dá)冗余架構(gòu)創(chuàng)新

電源保護(hù)雙通道設(shè)計(jì)

                ┌──────────────┐

 主電源 ────┤二極管組1├───? 雷達(dá)MMIC

                │  (SS34)                   │

                └───▲──┬──────┘

                    │  │診斷電路

                ┌───┴──▼──────┐

 備份電源 ────┤二極管組2├───? 比較器

                │  (SS34)                    │

                └──────────────┘

• 實(shí)時(shí)電流監(jiān)測(cè)：采樣電阻（5mΩ）檢測(cè)雙路電流差異＞10%時(shí)觸發(fā)報(bào)警

• 熱插拔備份：MOSFET開(kāi)關(guān)在200μs內(nèi)切換至備用二極管路徑

• 失效鎖定：故障二極管被物理隔離，避免故障傳導(dǎo)

智能診斷算法

1.脈沖式健康檢測(cè)

每100ms注入1mA測(cè)試電流，測(cè)量正向壓降（正常值0.5V±5%）

if (Vf_test > 0.7V || Vf_test < 0.3V) 

     trigger_fault(FAULT_DIODE_OPEN_SHORT);

2.溫度-電壓耦合模型

Vf=qnkTln(IsIf+1)

• 當(dāng)實(shí)測(cè)值偏離理論值＞8%時(shí)判定參數(shù)漂移

3.AI預(yù)測(cè)性維護(hù)

• 基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)焊點(diǎn)疲勞壽命（準(zhǔn)確率＞93%）

系統(tǒng)級(jí)安全性能驗(yàn)證

在ISO 21448 SOTIF測(cè)試中表現(xiàn)：

滿(mǎn)足ISO 26262 ASIL-D對(duì)隨機(jī)硬件失效要求（PMHF＜10??/h），并通過(guò)獨(dú)立安全單元（SEooC）認(rèn)證。

在平尚科技的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，故障注入系統(tǒng)正以0.1ns精度模擬二極管瞬態(tài)開(kāi)路。當(dāng)每個(gè)失效模式都被轉(zhuǎn)化為診斷算法的訓(xùn)練樣本，當(dāng)每對(duì)冗余二極管都構(gòu)成生死相依的守護(hù)聯(lián)盟——毫米波雷達(dá)的感知鋒芒，終在功能安全的鐵律下無(wú)懈可擊。