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電路板(ban)設(she)計中(zhong)組件(jian)如何(he)影響(xiang)可靠性設(she)計

time : 2023-04-08 14:59       作者:凡億pcb

每當您電路板設計好時,始終存在可靠性問題。如果要使客戶滿意,新板必須具有最長的使用壽命。如果您正要在組件額定值的邊緣進行設計,那么您可能正在無法判斷電路板的可靠性和使用壽命。但是,您可以采用統計方法進行設計,以確保您的組件不會過分驅動,這可以防止它們過早失效。
 
有一(yi)些(xie)用于這(zhe)種(zhong)類型分析的常用技(ji)術(shu)。一(yi)種(zhong)可靠(kao)的技(ji)術(shu)是一(yi)種(zhong)可靠(kao)的概率(lv)(lv)設(she)計,其中(zhong)將組(zu)件公(gong)差和電(dian)功率(lv)(lv)變化(hua)表述(shu)為概率(lv)(lv)分布。這(zhe)使您可以(yi)確定組(zu)件被過(guo)度驅動的機會,從而縮短(duan)其壽命。當(dang)我們考慮非線性分量時(shi),情況不太(tai)清楚,需(xu)要從概率(lv)(lv)論中(zhong)獲得一(yi)些(xie)見解(jie)。
 
不同電路(lu)中可(ke)靠性(xing)的(de)概(gai)率設計(ji)
 
所有(you)組(zu)(zu)件(jian)都(dou)具有(you)一(yi)定(ding)(ding)的(de)公(gong)(gong)差(cha)等級;這些通(tong)常以絕對百分比(bi)或(huo)與標稱值(zhi)的(de)偏差(cha)形式指定(ding)(ding)。被動(dong)元(yuan)件(jian)在額定(ding)(ding)元(yuan)件(jian)值(zhi)上有(you)一(yi)些規定(ding)(ding)的(de)公(gong)(gong)差(cha),通(tong)常為1%,5%或(huo)10%。這些容差(cha)可(ke)(ke)能會改變(bian)系統其他(ta)部分的(de)標稱電氣(qi)性能,因此有(you)可(ke)(ke)能會導致另一(yi)個組(zu)(zu)件(jian)被過度驅動(dong)。
 
根據其容差(cha)的(de)概率分(fen)布來(lai)表示(shi)設計(ji)的(de)電(dian)性(xing)能是(shi)(shi)為(wei)時不(bu)變電(dian)路(lu)保留的(de)一(yi)項技術。這些電(dian)路(lu)可以是(shi)(shi)線(xian)(xian)性(xing)或(huo)非(fei)線(xian)(xian)性(xing)的(de),但對時間不(bu)變性(xing)的(de)要求很重(zhong)要。一(yi)旦我們允(yun)許(xu)電(dian)路(lu)的(de)某些方面隨時間變化(hua),就需要回(hui)(hui)答連續獨立性(xing)和對歷(li)史系統行(xing)(xing)(xing)為(wei)的(de)條件依賴性(xing)的(de)問題(ti)。在非(fei)線(xian)(xian)性(xing)反饋回(hui)(hui)路(lu)和控制回(hui)(hui)路(lu)中對此(ci)類(lei)行(xing)(xing)(xing)為(wei)進行(xing)(xing)(xing)建模(mo)仍然是(shi)(shi)一(yi)個(ge)活躍的(de)研究主題(ti),無論是(shi)(shi)在數學上(shang)還是(shi)(shi)在實(shi)驗(yan)上(shang)。
 
對于您將遇到的(de)(de)絕大多數系統,您只需要考慮線(xian)性(xing)(xing)和非線(xian)性(xing)(xing)電(dian)(dian)路行(xing)(xing)為,以及該(gai)行(xing)(xing)為與組件被過度驅動的(de)(de)可(ke)能性(xing)(xing)之間的(de)(de)關系。一旦確定了特定組件中(zhong)可(ke)能的(de)(de)電(dian)(dian)壓,電(dian)(dian)流或(huo)功率值的(de)(de)范圍,就可(ke)以了解該(gai)組件是否會過驅動。
 
可靠(kao)性設(she)計的概率設(she)計:該(gai)曲線顯示(shi)了某個(ge)組件被驅動到其(qi)絕對最大(da)電壓以上(shang)的概率(在該(gai)曲線的黃色陰影部分顯示(shi))。
 
在上圖中,藍色(se)曲線(xian)(xian)顯示(shi)了電路中特(te)定組件(jian)上可(ke)能的(de)(de)電壓(ya)分布。綠線(xian)(xian)表示(shi)組件(jian)上的(de)(de)平均(jun)(即(ji)預(yu)期)電壓(ya),紅線(xian)(xian)表示(shi)組件(jian)上的(de)(de)最(zui)大額(e)定電壓(ya)。黃色(se)區域(yu)顯示(shi)將導致(zhi)組件(jian)過驅動的(de)(de)所有可(ke)能電壓(ya)值(zhi)。在此(ci),曲線(xian)(xian)下方的(de)(de)面積告訴(su)您組件(jian)被過度驅動的(de)(de)概率為18.5%。
 
這個簡單的(de)(de)(de)例子(zi)應該說明可靠性(xing)分析(xi)的(de)(de)(de)重要性(xing)。系(xi)統的(de)(de)(de)壽(shou)命比(bi)其額定(ding)壽(shou)命短的(de)(de)(de)可能性(xing)為18.5%。另(ling)一(yi)種思(si)考的(de)(de)(de)方式是這樣的(de)(de)(de):離開(kai)工廠的(de)(de)(de)成品設備中大約(yue)有五分之一(yi)會提前(qian)失(shi)效。對于關鍵(jian)任務電子(zi)系(xi)統,這種高故(gu)障率是不可接(jie)受的(de)(de)(de)。
 
有兩種方法可以解決此問題:
 
對(dui)于上述(shu)組件(jian),您可能希望使用絕對(dui)最大額定電壓更(geng)高的組件(jian)。可以對(dui)任何其他組件(jian)做(zuo)出相同的陳述(shu)。
 
對(dui)于(yu)系統中的(de)上游組(zu)件(jian),解決方案是使用公差更(geng)嚴格(ge)的(de)組(zu)件(jian)。這將使組(zu)件(jian)看到的(de)可能(neng)電壓的(de)分(fen)布更(geng)窄,從而減少(shao)了過(guo)驅動和故障的(de)機會。
 
了解公差與非線性(xing)電路之(zhi)間的關系是通過概率設計(ji)提高(gao)可靠性(xing)的重要的下一步。 
 
線性與非線性電(dian)路(lu)的容(rong)差(cha)
 
即(ji)使您的電(dian)路(lu)是(shi)(shi)純線(xian)性的,組件的公差和它們產生(sheng)的電(dian)性能也不(bu)會始(shi)終呈線(xian)性比例(li)。這(zhe)是(shi)(shi)因為(wei)分(fen)量值的方(fang)差是(shi)(shi)正交的。考慮集總(zong)電(dian)路(lu)(例(li)如,分(fen)壓(ya)器或(huo)匹配網(wang)絡)產生(sheng)的電(dian)氣(qi)行為(wei)時,沒有用于(yu)組合方(fang)差的特定規則。
 
非(fei)線性電(dian)路也(ye)是如此。飽(bao)和(例(li)如,在晶體管(guan)中)將減(jian)小(xiao)方差對電(dian)輸(shu)出的(de)影響,而(er)諸如非(fei)線性放(fang)大器或(huo)二極管(guan)之類的(de)組件(jian)會增加它。這也(ye)使得很難確定實際非(fei)線性電(dian)路中容差的(de)影響。