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一种先进实用的电子可靠性技术:最坏情况分析方法
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2020-12-09
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最坏情况分析方法将传统电子可靠性和电路仿真分析方法有机结合,产生一种全新的可靠性技术。与传统的可靠性技术相比,这种新技术具有优良的实用性,能对电路进行深入而全面的可靠性分析。 容差分析是当前电子可靠性设计中最先进的技术之一,代表着电子可靠性设计的一个重要发展方向。最坏情况分析(WCCA)是容差分析的一种主要技术。这是一种电路可靠性分析设计技术,用来评估电路中各器件参数同时发生最坏情况变化时的电路性能,用以保证电路在整个寿命周期内都能够可靠工作。WCCA是一种全面系统分析电路可靠性的方法,在电子可靠性设计中将占据重要地位。 电路中各电子器件在初始容差外还存在着潜在的大幅变化,器件参数变化可能
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图
1
:一个带通滤波器的
最坏情况分析。
图
2
:典型值为
1,200uF
的电容的最坏情况器件
参数变化。
图
3
:电阻和电容的最坏
情况最大最小值。
一种先进实用的电子可靠性技术:最坏情况分析方法一种先进实用的电子可靠性技术:最坏情况分析方法
最坏情况分析方法将传统电子可靠性和电路仿真分析方法有机结合,产生一种全新的可靠性技术。与传统的可
靠性技术相比,这种新技术具有优良的实用性,能对电路进行深入而全面的可靠性分析。 容差分析是当前电子
可靠性设计中最先进的技术之一,代表着电子可靠性设计的一个重要发展方向。最坏情况分析(WCCA)是容差分
析的一种主要技术。这是一种电路可靠性分析设计技术,用来评估电路中各器件参数同时发生最坏情况变化时
的电路性能,用以保证电路在整个寿命周期内都能够可靠工作。WCCA是一种全面系统分析电路可靠性的方
法,在电子可靠性设计中将占据重要地位。 电路中各电子器件在初始容差外还存在着潜在的大幅变化,器件参
数变化可能
最坏情况分析方法将传统电子可靠性和电路仿真分析方法有机结合,产生一种全新的可靠性技术。与传统的可靠性技术相比,
这种新技术具有优良的实用性,能对电路进行深入而全面的可靠性分析。
容差分析是当前电子可靠性设计中最先进的技术之一,代表着电子可靠性设计的一个重要发展方向。最坏情况分析(WCCA)是
容差分析的一种主要技术。这是一种电路可靠性分析设计技术,用来评估电路中各器件参数同时发生最坏情况变化时的电路性
能,用以保证电路在整个寿命周期内都能够可靠工作。WCCA是一种全面系统分析电路可靠性的方法,在电子可靠性设计中
将占据重要地位。
电路中各电子器件在初始容差外还存在着潜在的大幅变化,器件参数变化可能是寿命或环境应力影响的结果,这种变化能使电
路性能超出规格要求,WCCA可以用来检查这种变化引起的电路性能变化。
电子器件失效有两种模式:一种是灾难性的,即电路突发异常,导致灾难性结果;另一种是随着器
件参数变化,在超过典型和初始容差极限时,尽管电路可以继续工作,但是其性能已经降低,超出
电路要求的工作极限。为了避免器件灾难性失效,采用最坏情况电应力和降额分析可保证电路中所
有器件都正确降额。
WCCA现已成为行业标准,其主要内容包括:
A. 针对器件参数变化,评估电路容差。1. 在各种环境应力处于极限情况下,对电路性能容差极限进行严格的数学评估;2. 器
件参数变化的最坏情况;3. 环境极限、温度等;4. 输入功率;5. 输入激励上下限;6. 极端情况下的负载变化;7. 最大的接口
干扰。
B. 器件评估。1. 最坏情况下的过应力(最坏情况电应力分析);2. 不正确的器件应用。
C. 形成正式文档。
有三个主要原因需要应用这些分析方法:1. WCCA可将可靠性落实到硬件设计中,使硬件长期无故障工作;2. WCCA已被
FDA(美国联邦食品药品管理局)正式接受为设计验证工具;3. 使用最坏情况器件参数变化数据库,WCCA可以更经济、更容易
实现。
WCCA的产出价值在于投资回报既有短期的,如减少设计重复、设计更改、和测试时间,也有长期的,如生产效率的增加、
长寿命、无故障工作等。
WCCA分析过程分析过程
对一个电路板原理图进行WCCA分析,首先将电路分为几个简单的功能模块,然后对每个模块进行WCCA分析。分析人员应
首先对每个模块给出详细的描述文档,然后对电路中的所有器件的关键参数进行最坏情况变化分析,给出每个参数的最大值和
最小值。建立每个模块的关键电路性能需求。使用根据最坏情况下的最大最小值,分析人员可判断出电路的实际性能是否超过
了电路要求。最后,分析人员要确定在最坏情况下,所有电路模块一起工作时能否满足整个电路板的规格要求。
下面对图1中的带通滤波器进行案例分析,给出WCCA分析的性能和结果。对电路的中心频率放大器
增益进行分析。假设U6是一个理想放大器(R
IN
=∞, R
OUT
=0, A
VOL
=∞),不考虑它,电路的放大增益
计算公式如下,Eq1
性能要求A
f0
最小值为7V/V,电阻和电容的典型值和初始容差如下:, , , ,
将器件的典型值代入Eq1得到A
f0
=11.08V/V,显示结果是满足要求的。如果考虑较差的情况,代入每个器件参数的初始容差
(±1%),得到A
f0
=7.84V/V,也在要求范围内。必须注意,器件电阻和电容的初始容差是电路在典型设计和分析时经常采用
的,但是,这些值并不表示电路在实际环境中的真正情况。
最坏情况器件参数变化库最坏情况器件参数变化库
器件供应商设定器件的初始容差(采购容差),这仅仅保证器件在采购时,所有器件的各个批次都在初始容差范围内,并不保证
器件参数会一直在这个容差范围内。器件在工作环境中,其参数会偏移初始值。在许多情况下,特别是在长时间使用后,器件
参数偏移会大于初始容差。每种可能的最大偏移都累加在初始容差上,如图2所示。
WCCA是假设器件使用后,其参数已经处在初始容差值。同时又假设电路中的所有器件同时处于最
大偏移值。虽然这种情况似乎不可能发生,但它是可能存在的一个最坏情况。比较可能的情况是一
weixin_38557670
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