DFQ簡(jiǎn)介

DFQ是Design for Quality的縮寫(xiě)，即面向質(zhì)量設(shè)計(jì)。該理念可以在設(shè)計(jì)階段盡早發(fā)現(xiàn)和解決影響產(chǎn)品質(zhì)量的潛在問(wèn)題，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和提高開(kāi)發(fā)效率，為產(chǎn)品投產(chǎn)保駕護(hù)航。

SIDesigner支持DFQ功能

巨霖科技的高速信號(hào)仿真平臺(tái)SIDesigner內(nèi)嵌了DFQ插件工具，基于圖形化交互界面為用戶提供：

·高效DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

·基于集群技術(shù)或本地并行仿真

·通過(guò)擬合建立可預(yù)測(cè)模型

·強(qiáng)大的數(shù)據(jù)后處理分析能力

DFQ可以為用戶帶來(lái)：

·在硬件設(shè)計(jì)階段，預(yù)測(cè)信號(hào)完整性問(wèn)題（如反射、串?dāng)_、損耗），避免后期昂貴的修改成本

·明確設(shè)計(jì)約束規(guī)范，比如阻抗控制、布線規(guī)則、端接策略等

·降低物理樣機(jī)迭代設(shè)計(jì)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期

·確保設(shè)計(jì)健壯性

DFQ可以讓用戶更快發(fā)現(xiàn)更出色的設(shè)計(jì)，它能提高實(shí)驗(yàn)效率，建立可預(yù)測(cè)模型、深入分析和洞察數(shù)據(jù)結(jié)果，探索更好的設(shè)計(jì)方案。

DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

DOE（Design of Experiments）是一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，用于探索和驗(yàn)證輸入因子變量對(duì)輸出結(jié)果的影響。

DOE發(fā)展歷程上有幾個(gè)重要里程碑：

1920年，DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)最早由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)大師費(fèi)歇爾（R.A.Fisher)所創(chuàng)立，首先將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)試驗(yàn)，目的為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

1947年印度的勞博士（Rao,D,R）發(fā)明并建議使用正交表規(guī)劃具有數(shù)個(gè)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家喬治·博克斯（George Box）發(fā)展了響應(yīng)曲面方法（RSM），使得DOE應(yīng)用步入一個(gè)黃金時(shí)代。

二戰(zhàn)后，日本質(zhì)量管理大師田口玄一研究開(kāi)發(fā)出“田口品質(zhì)工程方法”，簡(jiǎn)稱田口方法，極大提升了日本產(chǎn)品品質(zhì)及日本產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)設(shè)計(jì)能力，成為日本質(zhì)量管理最重要的工具。

巨霖DFQ工具采用基于RSM假設(shè)模型實(shí)現(xiàn)DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并制表，可以解決正交設(shè)計(jì)所面臨的非線性和優(yōu)化細(xì)節(jié)探索能力不足的困境。

仿真

巨霖科技推出的DFQ工具內(nèi)嵌了Netlist Parallelism仿真插件，基于該仿真插件可視化界面，用戶在針對(duì)網(wǎng)表及參數(shù)變量進(jìn)行預(yù)設(shè)后，可以自定義修改運(yùn)行設(shè)置，最終一鍵式完成導(dǎo)入解析-仿真實(shí)驗(yàn)-結(jié)果收集的過(guò)程。該過(guò)程支持LSF集群運(yùn)算和本地并行仿真，用戶可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境和需要靈活選擇。

模型擬合

在得到完整的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)以后，下面需要做模型擬合。

巨霖科技的DFQ工具支持基于RSM響應(yīng)曲面法實(shí)現(xiàn)模型擬合。RSM 采用最小方差擬合技術(shù)將輸出和輸入擬合起來(lái)得到系統(tǒng)模型的線性方程。一旦確定了模型,就可以用它來(lái)預(yù)測(cè)任意輸入組合時(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。

響應(yīng)曲面模型一般形式為：

式中，y為系統(tǒng)響應(yīng)（輸出），βi為模型擬合系數(shù)，Xi為系統(tǒng)輸入，k為模型中的項(xiàng)數(shù)，ε為模型預(yù)測(cè)誤差，響應(yīng)面模型為擬合系數(shù)的線性函數(shù)。

總的來(lái)說(shuō)，高速信號(hào)用二級(jí)模型就足夠了，它們有如下形式：

式中，為獨(dú)立輸入變量個(gè)數(shù)。

二階模型中的項(xiàng)數(shù)k為：

為了使用戶對(duì)擬合過(guò)程有更多的靈活控制能力，巨霖科技的DFQ工具支持逐步法擬合，用戶可以主動(dòng)參與參數(shù)篩選過(guò)程，也可以一鍵自動(dòng)化完成擬合過(guò)程。

DAE數(shù)據(jù)分析和洞察

在得到數(shù)學(xué)解析的可預(yù)測(cè)模型以后，巨霖科技的DFQ工具可以讓用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和洞察（DAE=Data Analysis and Exploration），具體包括：

·“實(shí)際值-預(yù)測(cè)值”圖

實(shí)際值是實(shí)驗(yàn)（仿真）值，預(yù)測(cè)值是基于擬合模型計(jì)算出來(lái)的值，同時(shí)提供模型擬合質(zhì)量的量化指標(biāo)分析結(jié)果、方差分析和模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果。

·刻畫(huà)器

交互式預(yù)測(cè)刻畫(huà)器通過(guò)更改因子來(lái)觀察其對(duì)預(yù)測(cè)響應(yīng)的影響。

意愿刻畫(huà)器將輸出響應(yīng)映射為0~1區(qū)間中的某個(gè)值，工具會(huì)自動(dòng)構(gòu)造意愿函數(shù)，基于意愿函數(shù)最大化來(lái)尋找最優(yōu)解。

·蒙特卡洛模擬

蒙特卡洛的核心思想是基于大量產(chǎn)生的隨機(jī)樣本來(lái)估計(jì)目標(biāo)統(tǒng)計(jì)量，該方法特別適合用于無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)解析方法求解的問(wèn)題。

巨霖科技的DFQ工具支持輸入因子設(shè)置為隨機(jī)（高斯）、固定兩種模式，輸出響應(yīng)加噪方式支持正態(tài)分布和t分布噪聲。支持規(guī)格限設(shè)置，該規(guī)格限用于計(jì)算缺陷率。用戶可以觀察到預(yù)測(cè)響應(yīng)的直方圖，同時(shí)獲取響應(yīng)缺陷率、均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果。

·敏感度

敏感度分析的基本原理是通過(guò)評(píng)估輸入變量的變化對(duì)輸出結(jié)果的影響，來(lái)確定哪些輸入變量最為關(guān)鍵。

巨霖DFQ工具采用全局敏感度分析方法，考慮整個(gè)參數(shù)空間內(nèi)的變化，評(píng)估輸入?yún)?shù)在整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)輸出的總體影響。

案例分析

下面用一個(gè)DDR案例說(shuō)明DFQ主要處理流程和分析結(jié)果。

輸入?yún)?shù)涉及工藝角、封裝、電壓和ODT，輸出有眼寬、眼高和中心電壓。

以下是DDR信號(hào)鏈路拓?fù)涫疽鈭D：

首先啟動(dòng)DFQ工具如下圖：

然后自動(dòng)打開(kāi)Wiazrd界面，按步驟提示完成DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并制表。

接下來(lái)啟動(dòng)仿真，如下圖進(jìn)行仿真相關(guān)設(shè)置，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊Submit提交仿真作業(yè)通知SIDesigner完成仿真，最后輸出output.csv仿真結(jié)果數(shù)據(jù)文件。

接下來(lái)通過(guò)Table窗口導(dǎo)入output.csv仿真結(jié)果數(shù)據(jù)文件，然后打開(kāi)擬合窗口選擇輸入因子和輸出響應(yīng)，點(diǎn)擊Run進(jìn)入逐步法擬合界面窗口完成擬合，如下圖：

擬合完成后，在逐步法擬合界面窗口點(diǎn)擊Run Model打開(kāi)Regression Result窗口進(jìn)行結(jié)果數(shù)據(jù)分析，下面是一些具體分析結(jié)果。

以下是“實(shí)際值-預(yù)測(cè)值”圖：

以下是預(yù)測(cè)刻畫(huà)器和意愿刻畫(huà)器（部分展示）：

以下是蒙特卡洛模擬得到的直方圖：

以下是輸出響應(yīng)的缺限率、均值和標(biāo)準(zhǔn)差：

以下是敏感度分析結(jié)果：

S1：一階敏感度指數(shù)，表示因子單獨(dú)對(duì)輸出方差的貢獻(xiàn)

ST：總效應(yīng)敏感度指數(shù)，表示因子及其與其他因子的交互作用對(duì)輸出方差的貢獻(xiàn)

總結(jié)

巨霖科技推出的DFQ工具已經(jīng)內(nèi)嵌在SI仿真平臺(tái)SIDesigner中，它可以讓用戶更快發(fā)現(xiàn)更出色的設(shè)計(jì)，它能提高實(shí)驗(yàn)效率，建立可預(yù)測(cè)模型、深入分析和洞察數(shù)據(jù)結(jié)果，探索更好的設(shè)計(jì)方案。