125C下1000hrs或150C下300hrs的典型生命周期测试持续时间可在室温下确保至少10年的产品生命周期(不计算静态自身发热条件)。持续时间通过Arrhenius公式计算,这是一个简单而非常精确的计算公式,用于描述给定过程的反应速度常数对温度的依赖性:
过程速率(PR) = Ae-(Ea/kT)Arrhenius公式
这就引出了加速系数(AF)概念,即两个不同温度下的过程速率之比,用于构建所需生命周期测试的持续时间:
AF (T1至T2) = PR(T1)/PR(T2) = e(Ea/k)(1/T1-1/T2)
其中:
A —过程常量
Ea —电子伏特的热活化能量[eV]
k —玻尔兹曼常量,8.62 x 10-5 [eV/K]
T —凯氏度数绝对温度(摄氏度+ 273.15)
我们可以根据实际产品生命周期结果鉴别两种产品说明书参数,并对其各自的生命周期偏移进行量化:
以零或平均值(例如Vos、Vos漂移、Vref、AOL、CMRR以及PSRR等)为中心的规范在10年生命周期中的可能偏移值达
最大(最小)PDS指定值的+/-100%
以绝对值(例如IQ、压摆率以及Isc等)定义的规范在10年生命周期中的可能偏移值达:
最大(最小)PDS指定值的+/-10%
大部分产品说明书参数都遵循标准(高斯)分布规律,如图1所,68%左右的值位于平均值µ的标准偏差(+/-1-sigma)范围内。同样,95%左右位于+/-2-sigma范围内,99.7%左右位于+/-3-sigma的范围内,……。最大及最小PDS限值至少可根据3sigma分布设定,同样,生命周期偏移也基于相同类型的统计分析。
图1* —标准高斯分布
图2是围绕零或另一个平均值的参数的长期偏移。蓝色初始分布曲线的sigma值是0.5,而绿色生命周期末期分布曲线的sigma值为1.0。
图2* —生命周期前期及后期测试分布
因此,最终分布范围是初始分布范围的两倍。这就意味着初始值10年时间会从初始最大/最小产品说明书指定值偏移+/-100%。
为了说明实际IC的生命周期偏移,让我们考虑一下低噪声、低漂移REF5025高精度电压参考及其输出初始精度规范的长期稳定性。
图3显示了REF5025输出电压的初始精度+/-0.05%,以及50ppm下指定0至1000小时的长期稳定性。根据以上说明,REF5025的长期偏移不能超过最大/最小初始精度+/-100%的生命周期测试偏移;因此在室温恒定工作条件下,10年(87,600小时)后的最大输出电压偏移必须低于+/-0.05%或+/-500ppm的等效值。
图3 —摘自REF5025产品说明书
长期偏移显然不是时间的线性函数,而且不能同时满足两个条件,因此偏移速率必然为开始较高(具有更陡的斜率),然后随时间变化逐渐变慢(变得更线性)。因此,其可通过针对1000小时进行标准化的平方根函数进行估计,如下图4所示。
输出电压偏移= 50ppm*√[时间(小时)/1000hrs]
图4 —REF5025的长期稳定性
例如,在经过25,000小时不间断现场工作后,REF5025的典型输出电压偏移可用以上公式计算,50ppm*√25=250ppm,而10年(87,600小时)后,偏移值则将为50ppm*√87.6=468pp。因此在使用寿命末期,REF5025输出电压偏移正如预计的那样,在500ppm允许偏移范围内,等于产品说明书最大初始精度规范的0.05%。