電子可靠性技術(shù):最壞情況分析方法（一）

最壞情況分析方法將傳統(tǒng)電子可靠性和電路仿真分析方法有機結(jié)合，產(chǎn)生一種全新的可靠性技術(shù)。與傳統(tǒng)的可靠性技術(shù)相比，這種新技術(shù)具有優(yōu)良的實用性，能對電路進行深入而全面的可靠性分析。

　　容差分析是當前電子可靠性設(shè)計中最先進的技術(shù)之一，代表著電子可靠性設(shè)計的一個重要發(fā)展方向。最壞情況分析(WCCA)是容差分析的一種主要技術(shù)。這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電路性能，用以保證電路在整個壽命周期內(nèi)都能夠可靠工作。WCCA是一種全面系統(tǒng)分析電路可靠性的方法，在電子可靠性設(shè)計中將占據(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，這種變化能使電路性能超出規(guī)格要求，WCCA可以用來檢查這種變化引起的電路性能變化。

　　圖1：一個帶通濾波器的最壞情況分析。

　　電子器件失效有兩種模式：一種是災(zāi)難性的，即電路突發(fā)異常，導(dǎo)致災(zāi)難性結(jié)果;另一種是隨著器件參數(shù)變化，在超過典型和初始容差極限時，盡管電路可以繼續(xù)工作，但是其性能已經(jīng)降低，超出電路要求的工作極限。為了避免器件災(zāi)難性失效，采用最壞情況電應(yīng)力和降額分析可保證電路中所有器件都正確降額。

　　WCCA現(xiàn)已成為行業(yè)標準，其主要內(nèi)容包括：

　　A. 針對器件參數(shù)變化，評估電路容差。1. 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行嚴格的數(shù)學(xué)評估;2. 器件參數(shù)變化的最壞情況;3. 環(huán)境極限、溫度等;4. 輸入功率;5. 輸入激勵上下限;6. 極端情況下的負載變化;7. 最大的接口干擾。

　　B. 器件評估。1. 最壞情況下的過應(yīng)力(最壞情況電應(yīng)力分析);2. 不正確的器件應(yīng)用。

　　C. 形成正式文檔。

　　有三個主要原因需要應(yīng)用這些分析方法：1. WCCA可將可靠性落實到硬件設(shè)計中，使硬件長期無故障工作;2. WCCA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;3. 使用最壞情況器件參數(shù)變化數(shù)據(jù)庫，WCCA可以更經(jīng)濟、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，也有長期的，如生產(chǎn)效率的增加、長壽命、無故障工作等。

　　WCCA分析過程

　　對一個電路板原理圖進行WCCA分析，首先將電路分為幾個簡單的功能模塊，然后對每個模塊進行WCCA分析。分析人員應(yīng)首先對每個模塊給出詳細的描述文檔，然后對電路中的所有器件的關(guān)鍵參數(shù)進行最壞情況變化分析，給出每個參數(shù)的最大值和最小值。建立每個模塊的關(guān)鍵電路性能需求。使用根據(jù)最壞情況下的最大最小值，分析人員可判斷出電路的實際性能是否超過了電路要求。最后，分析人員要確定在最壞情況下，所有電路模塊一起工作時能否滿足整個電路板的規(guī)格要求。