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[经验] 正确执行最坏情况电路分析所需的技能

2020-6-3 13:50:00  4653 电路分析
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正确执行WCCA所需的技能,以及为什么WCCA需要进行与设计功能分开的调查。它不是 复选框,也不是您可以简单地交给任何工程师的任务。此外,您不能将其用作“初级”工程师的学习任务。工程师为什么会误认为WCCA

正确执行WCCA所需的技能是多种多样的,但每种技能对于结果至关重要。在教授WCCA技术时,我经常发现工程师非常渴望自行解决这一重要分析,即使这是他们的第一次。培训新工程师至少要花9个月到一年的时间。即使这样,在验证和完成分析之前,仍需要进行多个级别的检查。WCCA是如此重要。通常,这是防御缺陷,召回,危害和故障的最后一道防线。

考虑到这些想法,我整理了取得成功成果的一系列挑战。公司,项目经理和大多数工程师都渴望修复其电路“泄漏”。没有正确的工具,技能和经验,您的努力必定会落空。想想WCCA,您将如何处理自己的第一个DIY管道作业。成为自己的水管工,不仅仅需要去五金店逛逛,还需要几个YouTube视频。最坏案例博客中的文章将帮助您避免省钱,吸引专业人员来支持流程或执行分析,或者至少意识到他们正在从事的工作的魅力。尽管WCCA应该由设计团队外部的人员(无论是公司内部还是外部的人员)执行,但您应该了解WCCA的概念,陷阱和目标。

以下是我们将讨论的这个主题以及接下来的五个主题的列表,每月一个。我希望再发布六个。
  • 独自完成:为什么最坏情况的电路分析难以执行(本文)
  • 不够严格
  • 模型,模型,模型
  • 蒙特卡洛错了
  • 我的数据有一个漏洞:测试数据和数据表问题
  • 太多的逃避和偏见



什么是WCCA?
最坏情况下的分析是对电路或系统功能 性能的定量评估,其中要考虑制造,环境,老化以及在空间应用中的辐射容限。与基于零件的分析(例如压力和降额,故障模式,影响和临界分析(FMECA),以及平均故障间隔时间(MTBF))形成对比。所有这些在可靠性评估中都占有一席之地,并且在数学,模型和得出的结论上肯定存在重叠。

通过最坏情况的分析,您可以计算电路性能的许多方面,并计算关键指标的风险和边际。WCCA检查由零件的潜在大而未知的变化(超出其初始标称值)引起的对电子电路的容差引起的影响。差异可能是制造,老化或环境影响的结果,这可能导致电路偏离规格。WCCA还允许您评估电路性能对这些变化的数学敏感性,并提供统计和非统计方法来处理影响电路性能的变量。这些结果对于帮助提高产品质量可能是有价值的。图1

显示了WCCA与各种基于零件的分析之间的相互关系。图1 功能(WCCA)和基于零件(应力,FMECA,MTBF)的各种可靠性评估之间的关系对于生产可靠的产品至关重要。独自一人美国航空航天工程师的平均年龄为47岁。至少在某些学科中,外籍工人无法填补工作。分析(包括最坏情况下的压力和降额分析以及最坏情况下的功能分析)需要许多不同的技能和丰富的经验,我们将在本博客集中学习这些内容。成功执行WCCA所需的技能和知识库包括:








  • 有关设计,其功能子块及其要求的知识。
  • 相关电路应用的深入经验:正确了解电源放大器电路或微处理器接口的重要性。
  • 了解零件特性,它们的性能差异以及相关的电路灵敏度。请参阅下面的法规示例。
  • 电路建模:能够以适当的保真度为零件和电路生成spice,IBIS和其他仿真模型;了解如何审核和调整供应商提供的模型(很少足够准确),能够利用已知良好模型的现有模型库;将模型与测试数据关联的能力,最后是如何容忍每个模型的知识。
  • 数学:能够为电路编写数学方程。
  • 测试:在组件,功能块和系统级别收集和解释测试数据所需的能力和适当的设备。我将在以后的文章中更深入地介绍这一点。
  • 公差:公差累积知识;环境公差,老化公差的历史数据库,以及对于空间应用的辐射数据。
  • 工具:SPICE是一种电路模拟器,涵盖了大多数应用,但能够模拟电路和印刷电路板的EM /谐波平衡模拟器(例如是德科技的ADS或Cadence的Sigrity),而其他的正变得越来越重要的数字分析工具,例如作为Mentor的Hyperlynx,当然还有Mathcad和Excel(图2)。


图2 高效的电路分析需要一套工具,经验,数据和应用知识。因此,尽管计算方法(参数(极值分析(EVA),灵敏度和蒙特卡洛分析)很普遍),但每种分析的范围和重点都取决于所分析的每个功能电路块的特性,因此不应进行严格的分析。由没有必要经验和工具来发现和解决问题的初级工程师或每小时的承包商执行的如果您需要正确的结果,WCCA根本不是一个很好的培训基地,设计师也不是分析人员

设计师和分析师将不同的技能带到了餐桌上。作为设计师,您最后一次走进老板办公室时是说:“哇,看看我如何才能使我的电路屈服。” 对于设计师来说,认为最坏的情况是不正常的。在设计过程中做出的错误假设通常会在分析中重复出现。不管喜欢与否,设计师通常会受到名义结果和暴露于统计上有限的历史性能数据的偏见。但是,设计人员确实在WCCA流程中扮演着重要角色,包括需求支持,名义模型的开发,名义分析,测试的所有阶段以及参与WCCA审查。

鉴于WCCA需要多种技能,因此团队合作几乎是必不可少的。WCCA应该由一个独立的小组来建立和执行。独立性将“制衡”纳入分析。人员的选择是一个因素。聘请一名初级工程师与一个经验丰富的老将一起工作是一回事,但这不足以简单地由高级工程师进行审查。它必须由经验丰富的人员执行,无论是在公司外部还是在公司外部。WCCA示例:灵敏度分析图3


图1示出了用于线性调节器电路的电路。下面显示了方程,该方程示出了用于对该线性调节器电路的输出电压调节的电路灵敏度的计算。首先,写出定义输出函数的等式(在本例中为调节)(VOUT…)。然后采用导数来计算每个相关零件参数相对于输出函数的灵敏度。灵敏度乘以各个组件的公差,然后求和以得出最差的结果(最小-最大电压调节范围)。灵敏度分析功能强大,因为它可以告诉您重要的信息。图3 线性稳压器电路提供了出色的灵敏度分析示例–最强大的WCCA方法。




因此,您如何知道哪些参数是相关的并且需要包含在基线方程中?这就是经验的来源。2.5V输出调节电压标称2.5V输出调节电压+2.5 VDC电压调节VOUT的偏导数VOUT相对于组件参数的偏导数如下所示。+2.5 VDC输出调节灵敏度单位为伏特/元素单位(例如,电阻的V /Ω)



















灵敏度幅度告诉您哪个参数对输出功能影响最大,在这种情况下为调整电压项。灵敏度的符号也很重要,因为它告诉我们更改参数后输出的移动方向。通过敏感性分析,如果您想购买更好的零件来提高利润或修复不合规(即更严格的公差),或者很容易地,相反,如果您想减少支出,您的利润将是多少,很容易重新计算最坏情况的结果。在此博客的下一篇文章中,我们将讨论WCCA的1号问题。缺乏严谨性。我们将讨论这种缺陷是如何表现出来的,在哪里不安全地跳过,以及如何更好地利用您的时间和预算来得出总体更好的分析结果。

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