電子可靠性技術(shù):最壞情況分析方法(二)
RSS是一種組合標(biāo)準(zhǔn)方差的統(tǒng)計(jì)技術(shù),它基于大數(shù)定律(中心極限理論)。RSS表示,如果多個(gè)變量進(jìn)行組合統(tǒng)計(jì),則結(jié)果分布是正態(tài)的,與組合變量的分布形式無關(guān)。因此可以通過數(shù)學(xué)方法有效統(tǒng)計(jì)多個(gè)變量組合情況下電路性能的標(biāo)準(zhǔn)方差,每個(gè)器件的標(biāo)準(zhǔn)方差是基于電路性能針對(duì)每個(gè)器件參數(shù)的靈敏度幅值。先求出輸出變量的標(biāo)準(zhǔn)差ST,再將結(jié)果乘以3(99.7%概率),得到最壞情況值。
表1:使用仿真軟件可得到每個(gè)器件的靈敏度。
蒙特卡羅分析被認(rèn)為是在各種條件下對(duì)電路性能多次評(píng)估的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)判斷。在各種條件中,各器件的參數(shù)是隨機(jī)選擇的。采用蒙特卡羅分析,可以計(jì)算電路的平均和標(biāo)準(zhǔn)方差(δ)。3δ(99.7%)也被認(rèn)為是最壞情況值。幸運(yùn)的是,很多仿真軟件都可以執(zhí)行蒙特卡羅分析。
比較三種WCCA技術(shù)
EVA是最簡單的技術(shù),最容易得到最壞情況電路性能的估計(jì),但是結(jié)果是最悲觀的。EVA需要開發(fā)電路中所有器件的最壞情況參數(shù)變化數(shù)據(jù)庫。EVA需要輸入的格式是最壞情況器件變化(最大最小值)極限(3δ),加上電路的靈敏度方向。電路輸入結(jié)果的格式是最壞情況最大最小值。
RSS的結(jié)果相對(duì)而言更實(shí)際些,但是內(nèi)部可能有錯(cuò)誤,因?yàn)榧僭O(shè)靈敏度是線性的,分布是正態(tài)的。RSS的輸入格式是器件參數(shù)概率分布的標(biāo)準(zhǔn)方差(一般得不到的)和電路相對(duì)器件變化的靈敏度大小。輸出格式是電路性能概率分布的平均和標(biāo)準(zhǔn)方差。
蒙特卡羅分析需要先了解器件參數(shù)分布(一般得不到),然后給出準(zhǔn)確的結(jié)果,它需要借助計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。蒙特卡羅分析輸入格式是每個(gè)器件參數(shù)的概率分布(不需要作靈敏度分析)。結(jié)果輸出格式是電路性能概率分布的直方圖。
可以看到,RSS和蒙特卡羅這兩種統(tǒng)計(jì)方法能預(yù)測電路性能在規(guī)格范圍內(nèi)的概率,這是很重要的。而EVA不能給出得到這個(gè)概率結(jié)果。
本文小結(jié)
電子產(chǎn)品硬件需要在一定壽命內(nèi)可靠工作,這不能僅僅依靠對(duì)器件的典型和初始容差值進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。器件在組裝到電路板上后其參數(shù)會(huì)發(fā)生偏移,如果開發(fā)出最壞情況器件參數(shù)變化數(shù)據(jù)庫,設(shè)計(jì)人員就可以方便地得到這些數(shù)據(jù)庫,那么電子工程師就能夠不僅做典型電路設(shè)計(jì)和分析,還可以做WCCA。
評(píng)論