最壞情況分析.doc

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1、摘要：最壞情況分析（worstcasecircuitanalysis，簡寫為WCCA）方法是一種電路可靠性分析設(shè)計技術(shù)，用來評估電路中各器件參數(shù)同時發(fā)生最壞情況變化時的性能，用于保證電路在整個壽命周期內(nèi)都能夠可靠工作。這種方法把傳統(tǒng)電子可靠性和電路仿真分析方法有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生了一種全新的可靠性技術(shù)，具有很好的實用性，比起傳統(tǒng)的可靠性技術(shù)，它對電路的可靠性分析既深入，又全面。一種先進(jìn)實用的電子可靠性技術(shù)：最壞情況分析深圳易瑞來科技開發(fā)有限公司殷志文容差分析是當(dāng)前電子可靠性設(shè)計中最先進(jìn)的技術(shù)之一，代表著電子可靠性設(shè)計的

2、一個重要發(fā)展方向。WCCA是容差分析的一個主要技術(shù)。它是分析電路在最壞情況下，電路性能不會超過電路性能的規(guī)格要求，同時也保證器件所受的電應(yīng)力在可靠范圍內(nèi)，不會引起器件失效。WCCA是一種全面系統(tǒng)分析電路可靠性的方法，必將在電子可靠性設(shè)計中占據(jù)重要地位。電路中各電子器件在初始容差外還存在著潛在的大幅變化，器件參數(shù)變化可能是壽命或環(huán)境應(yīng)力影響的結(jié)果，這種變化可以引起電路性能超出規(guī)格要求，WCCA可以用來檢查這種變化引起的電路性能變化。電子器件失效有兩種模式：災(zāi)難性的，即電路突發(fā)異常，出現(xiàn)災(zāi)難結(jié)果，還有就是隨著器件參數(shù)

3、變化超過典型和初始容差極限，電路可以繼續(xù)工作，但是性能已經(jīng)降低，超出電路要求的工作極限。為了消除器件災(zāi)難性失效，最壞情況電應(yīng)力和降額分析可以保證電路中所有器件都正確降額。WCCA已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容如圖1所示。有3個主要原因需要應(yīng)用這些分析方法：最壞情況分析1、針對器件參數(shù)變化，評估電路容差。a)在各種環(huán)境應(yīng)力處于極限情況下，對電路性能容差極限進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)評估b)器件參數(shù)變化的最壞情況c)環(huán)境極限、溫度等d)輸入功率e)輸入激勵上下限f)極端情況下的負(fù)載變化g)最大的接口干擾2、器件評估a)最壞情況下的過

4、應(yīng)力（最壞情況電應(yīng)力分析）b)不正確的器件應(yīng)用3、形成正式文檔圖1組成最壞情況電路分析的3個部分·WCCA可以把可靠性落實到硬件設(shè)計中，使硬件可以長期無故障工作?！CCA已被FDA（美國聯(lián)邦食品藥品管理局）正式接受為設(shè)計驗證工具?！な褂米顗那闆r器件參數(shù)變化數(shù)據(jù)庫，WCCA可以更經(jīng)濟(jì)、更容易實現(xiàn)。WCCA的產(chǎn)出價值在于投資回報既有短期的，如減少設(shè)計重復(fù)、設(shè)計更改、和測試時間，還有長期的，如生產(chǎn)效率的增加，長壽命、無故障工作等。WCCA過程對一個電路板原理圖進(jìn)行WCCA分析，首先將電路分為幾個簡單功能模塊，然后對每

5、個模塊進(jìn)行WCCA分析。分析人員應(yīng)首先對每個模塊給出詳細(xì)的描述文檔，然后對電路中的所有器件的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行最壞情況變化分析，給出每個參數(shù)的最大最小值。先建立每個模塊的關(guān)鍵電路性能需求。使用最壞情況最大最小值，分析人員可以判斷電路的實際性能是否超過了電路要求。最后，分析人員要給出最壞情況下，所有的電路模塊一起工作時，是否滿足整個電路板的規(guī)格要求。對帶通濾波器的經(jīng)典評估圖2一個帶通濾波器的最壞情況分析下面對圖2中的帶通濾波器進(jìn)行案例分析，給出了WCCA分析的性能和結(jié)果。選擇對電路的中心頻率放大器增益進(jìn)行分析。假設(shè)U6是

6、一個理想放大器(RIN=,ROUT=0,AVOL=)，不考慮它，電路的放大增益計算公式如下，性能要求Af0最小值為7V/V，電阻和電容的典型值和初始容差如下：C1,C2=CYR20(1500pF,±1%),R1,R2,R3=RNR50(15k±1%),R4=RNR50H(40.2k±1%),R5=RNR50H(10k±1%),R6=RNR50H(1.21k±1%).將器件的典型值代入公式1得到Af0＝11.08V/V，顯示結(jié)果是滿足要求的?？紤]悲觀一些的話，代入每個器件參數(shù)的初始容差（±1%），得到Af0=7.8

7、4?V/V，也在要求范圍內(nèi)。必須注意，器件電阻和電容的初始容差是電路在典型設(shè)計和分析時經(jīng)常采用的，但是，這些值并不表示電路在實際環(huán)境中的真正情況。最壞情況器件參數(shù)變化庫當(dāng)器件供應(yīng)商設(shè)定器件的初始容差（采購容差），這僅僅保證器件在采購時，所有器件的各個批次都在初始容差范圍內(nèi)，并不保證器件參數(shù)會一直在這個容差范圍內(nèi)。器件在工作環(huán)境中之后，器件參數(shù)會偏移初始值。在許多情況下，特別是在長時間使用后，器件參數(shù)偏移會大于初始容差。每種可能的最大偏移都是累加在初始容差上，如圖4所示。圖4最壞情況器件參數(shù)變化。這是典型值為120

8、0uF電容的案例。對于WCCA，它是假設(shè)器件從庫存使用后，它的參數(shù)已經(jīng)處在初始容差值了。同時又假設(shè)電路中的所有器件同時處在最大偏移值。雖然這種情況似乎不可能發(fā)生，但是它是可能存在的一個最壞情況。比較可能的情況是一些器件的部分參數(shù)超過了初始容差，但是不會都達(dá)到最大偏移值。如果在最壞情況下，所有器件的所有參數(shù)都處在最大偏移值時，器件都是可靠的，那么就可以保證器件參數(shù)在一定偏移