本文旨在深入探討IC引腳失效模式和影響分析(FMEA)的重要性，并結(jié)合ADI公司的安全事項(xiàng)應(yīng)用筆記，說(shuō)明FMEA在功能安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61508和ISO 13849）合規(guī)過(guò)程中的實(shí)踐意義。功能安全標(biāo)準(zhǔn)包含規(guī)范性和參考性兩類(lèi)條款，規(guī)定了系統(tǒng)集成商在進(jìn)行技術(shù)安全分析時(shí)需考慮的集成電路(IC)和印刷電路板(PCB)潛在失效情況。

什么是引腳FMEA？

引腳FMEA是FMEA的一種，專注于分析IC封裝的潛在失效模式及其對(duì)系統(tǒng)功能的影響。引腳FMEA可以與計(jì)算出的封裝失效率（例如通過(guò)IEC 62380）配合使用，以確定IC的失效率分布，如圖1所示。失效率可以進(jìn)一步分為四種情況：安全、危險(xiǎn)、無(wú)影響或無(wú)器件（即不涉及具體器件）。這種失效率認(rèn)定對(duì)于推導(dǎo)安全失效比率(SFF)和SRS危險(xiǎn)失效概率至關(guān)重要。

圖1. 失效率分布圖

IC的引腳FMEA是ADI安全事項(xiàng)應(yīng)用筆記中提供的另一項(xiàng)安全信息，旨在幫助系統(tǒng)集成商進(jìn)行技術(shù)安全分析。圖2顯示了LTC2933的引腳FMEA，可在其安全事項(xiàng)應(yīng)用筆記中找到。借助此類(lèi)應(yīng)用筆記，可以得知引腳故障是否會(huì)造成損壞，還是僅僅導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題。

圖2. LTC2933引腳FMEA

IEC 61508的規(guī)定

基本功能安全(FS)標(biāo)準(zhǔn)的表A.1中，展示了在量化隨機(jī)硬件失效的影響時(shí)要假設(shè)的失效情況，或在推導(dǎo)SFF時(shí)要考慮的失效情況。值得注意的是，對(duì)于直流故障模型假設(shè)，需要考慮如下之類(lèi)的失效模式：固定電平故障、固定開(kāi)路故障、開(kāi)路或高阻抗輸出、信號(hào)線之間短路、任意兩個(gè)連接（引腳）之間短路（針對(duì)IC）。

引腳FMEA顯示了這些假設(shè)的失效情況：固定電平故障（短接電源和短接到地）、開(kāi)路或高阻抗、任意兩個(gè)相鄰連接之間短路（短接到相鄰引腳）。

其他標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

為了實(shí)現(xiàn)功能安全，通常需要符合多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。除了IEC 61508之外，設(shè)計(jì)SRS的系統(tǒng)集成商還必須遵守其他適用的標(biāo)準(zhǔn)，比如國(guó)家法律和指令，或是特定行業(yè)、產(chǎn)品或應(yīng)用的具體標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)通常包含規(guī)范性（強(qiáng)制性）和參考性（非強(qiáng)制性）兩類(lèi)條款。

例如，ISO 13849-2附錄D中的參考性要求涉及不同器件的失效假設(shè)。表1展示了可編程和/或復(fù)雜IC的失效假設(shè)，而非可編程或非復(fù)雜IC不考慮第一個(gè)和最后一個(gè)失效假設(shè)。系統(tǒng)集成商如果負(fù)責(zé)執(zhí)行IC分析以推導(dǎo)FMD，可以利用此類(lèi)信息。

表1. 可編程和/或復(fù)雜IC的失效情況

印刷電路板(PCB)也包括在技術(shù)安全分析中。ISO 13849-2:2012針對(duì) PCB的故障（失效模式）及其排除項(xiàng)給出了建議。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，在某些特定考量（如表2“備注”欄中所列）下，可以排除部分假設(shè)的失效模式。

表2. PCB故障

對(duì)于PCB的這些失效假設(shè)，特別是對(duì)于安裝在其上的器件，系統(tǒng)集成商需要獲得相關(guān)信息，以判斷此類(lèi)PCB失效對(duì)IC運(yùn)行的影響，進(jìn)而判斷是否會(huì)影響安全功能。請(qǐng)注意，兩個(gè)相鄰走線/焊盤(pán)之間的短路可能表現(xiàn)為引腳與電源之間、引腳與地之間或相鄰引腳之間的短路，而走線開(kāi)路可能轉(zhuǎn)化為IC開(kāi)路。所有這些都已納入ADI安全事項(xiàng)應(yīng)用筆記的引腳FMEA分析，對(duì)于支持功能安全的器件，系統(tǒng)集成商可以在產(chǎn)品網(wǎng)頁(yè)中輕松找到這些信息。

結(jié)論

本文圍繞IEC 61508和ISO 13849討論了引腳FMEA，有助于提升業(yè)界對(duì)ADI器件相關(guān)應(yīng)用筆記的認(rèn)知，特別是支持功能安全的器件。支持功能安全的器件屬于標(biāo)準(zhǔn)IC，盡管并非按照功能安全標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，但仍可用于安全關(guān)鍵型應(yīng)用。