DFQ簡介

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

SIDesigner支持DFQ功能

巨霖科技的高速信號仿真平臺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實驗設(shè)計

·基于集群技術(shù)或本地并行仿真

·通過擬合建立可預(yù)測模型

·強大的數(shù)據(jù)后處理分析能力

DFQ可以為用戶帶來：

·在硬件設(shè)計階段，預(yù)測信號完整性問題（如反射、串擾、損耗），避免后期昂貴的修改成本

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

·降低物理樣機迭代設(shè)計成本，縮短開發(fā)周期

·確保設(shè)計健壯性

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

DOE實驗設(shè)計

DOE（Design of Experiments）是一種實驗設(shè)計方法，用于探索和驗證輸入因子變量對輸出結(jié)果的影響。

DOE發(fā)展歷程上有幾個重要里程碑：

1920年，DOE實驗設(shè)計技術(shù)最早由英國統(tǒng)計學大師費歇爾（R.A.Fisher)所創(chuàng)立，首先將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)試驗，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)個參數(shù)的實驗計劃。

英國統(tǒng)計學家喬治·博克斯（George Box）發(fā)展了響應(yīng)曲面方法（RSM），使得DOE應(yīng)用步入一個黃金時代。

二戰(zhàn)后，日本質(zhì)量管理大師田口玄一研究開發(fā)出“田口品質(zhì)工程方法”，簡稱田口方法，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)模型實現(xiàn)DOE實驗設(shè)計并制表，可以解決正交設(shè)計所面臨的非線性和優(yōu)化細節(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，用戶在針對網(wǎng)表及參數(shù)變量進行預(yù)設(shè)后，可以自定義修改運行設(shè)置，最終一鍵式完成導(dǎo)入解析-仿真實驗-結(jié)果收集的過程。該過程支持LSF集群運算和本地并行仿真，用戶可以根據(jù)實際環(huán)境和需要靈活選擇。

模型擬合

在得到完整的實驗結(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,就可以用它來預(yù)測任意輸入組合時系統(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為模型中的項數(shù)，ε為模型預(yù)測誤差，響應(yīng)面模型為擬合系數(shù)的線性函數(shù)。

總的來說，高速信號用二級模型就足夠了，它們有如下形式：

式中，為獨立輸入變量個數(shù)。

二階模型中的項數(shù)k為：

為了使用戶對擬合過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，用戶可以主動參與參數(shù)篩選過程，也可以一鍵自動化完成擬合過程。

DAE數(shù)據(jù)分析和洞察

在得到數(shù)學解析的可預(yù)測模型以后，巨霖科技的DFQ工具可以讓用戶對數(shù)據(jù)進行深入分析和洞察（DAE=Data Analysis and Exploration），具體包括：

·“實際值-預(yù)測值”圖

實際值是實驗（仿真）值，預(yù)測值是基于擬合模型計算出來的值，同時提供模型擬合質(zhì)量的量化指標分析結(jié)果、方差分析和模型參數(shù)估計結(jié)果。

·刻畫器

交互式預(yù)測刻畫器通過更改因子來觀察其對預(yù)測響應(yīng)的影響。

意愿刻畫器將輸出響應(yīng)映射為0~1區(qū)間中的某個值，工具會自動構(gòu)造意愿函數(shù)，基于意愿函數(shù)最大化來尋找最優(yōu)解。

·蒙特卡洛模擬

蒙特卡洛的核心思想是基于大量產(chǎn)生的隨機樣本來估計目標統(tǒng)計量，該方法特別適合用于無法通過傳統(tǒng)解析方法求解的問題。

巨霖科技的DFQ工具支持輸入因子設(shè)置為隨機（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)格限用于計算缺陷率。用戶可以觀察到預(yù)測響應(yīng)的直方圖，同時獲取響應(yīng)缺陷率、均值和標準差分析結(jié)果。

·敏感度

敏感度分析的基本原理是通過評估輸入變量的變化對輸出結(jié)果的影響，來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，考慮整個參數(shù)空間內(nèi)的變化，評估輸入?yún)?shù)在整個范圍內(nèi)對輸出的總體影響。

案例分析

下面用一個DDR案例說明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信號鏈路拓撲示意圖：

首先啟動DFQ工具如下圖：

然后自動打開Wiazrd界面，按步驟提示完成DOE實驗設(shè)計并制表。

接下來啟動仿真，如下圖進行仿真相關(guān)設(shè)置，設(shè)置完畢后點擊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。

接下來通過Table窗口導(dǎo)入output.csv仿真結(jié)果數(shù)據(jù)文件，然后打開擬合窗口選擇輸入因子和輸出響應(yīng)，點擊Run進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擊Run Model打開Regression Result窗口進行結(jié)果數(shù)據(jù)分析，下面是一些具體分析結(jié)果。

以下是“實際值-預(yù)測值”圖：

以下是預(yù)測刻畫器和意愿刻畫器（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、均值和標準差：

以下是敏感度分析結(jié)果：

S1：一階敏感度指數(shù)，表示因子單獨對輸出方差的貢獻

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輸出方差的貢獻

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SIDesigner中，它可以讓用戶更快發(fā)現(xiàn)更出色的設(shè)計，它能提高實驗效率，建立可預(yù)測模型、深入分析和洞察數(shù)據(jù)結(jié)果，探索更好的設(shè)計方案。