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電路板可靠性設計：與組件有關(guān)
每當您設計好的產(chǎn)品時(shí)，始終存在可靠性問(wèn)題。如果要使客戶(hù)滿(mǎn)意，新板必須具有最長(cháng)的使用壽命。如果您正要在組件額定值的邊緣進(jìn)行設計，那么您可能正在無(wú)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(jìn)行設計，以確保您的組件不會(huì )過(guò)分驅動(dòng)，這可以防止它們過(guò)早失效。
有一些用于這種類(lèi)型分析的常用技術(shù)。一種可靠的技術(shù)是一種可靠的概率設計，其中將組件公差和電功率變化表述為概率分布。這使您可以確定組件被過(guò)度驅動(dòng)的機會(huì )，從而縮短其壽命。當我們考慮非線(xiàn)性分量時(shí)，情況不太清楚，需要從概率論中獲得一些見(jiàn)解。
不同電路中可靠性的概率設計
所有組件都具有一定的公差等級；這些通常以絕對百分比或與標稱(chēng)值的偏差形式指定。被動(dòng)元件在額定元件值上有一些規定的公差，通常為1％，5％或10％。這些容差可能會(huì )改變系統其他部分的標稱(chēng)電氣性能，因此有可能會(huì )導致另一個(gè)組件被過(guò)度驅動(dòng)。
根據其容差的概率分布來(lái)表示設計的電性能是為時(shí)不變電路保留的一項技術(shù)。這些電路可以是線(xiàn)性或非線(xiàn)性的，但對時(shí)間不變性的要求很重要。一旦我們允許電路的某些方面隨時(shí)間變化，就需要回答連續獨立性和對歷史系統行為的條件依賴(lài)性的問(wèn)題。在非線(xiàn)性反饋回路和控制回路中對此類(lèi)行為進(jìn)行建模仍然是一個(gè)活躍的研究主題，無(wú)論是在數學(xué)上還是在實(shí)驗上。
對于您將遇到的絕大多數系統，您只需要考慮線(xiàn)性和非線(xiàn)性電路行為，以及該行為與組件被過(guò)度驅動(dòng)的可能性之間的關(guān)系。一旦確定了特定組件中可能的電壓，電流或功率值的范圍，就可以了解該組件是否會(huì )過(guò)驅動(dòng)。
可靠性設計的概率設計：該曲線(xiàn)顯示了某個(gè)組件被驅動(dòng)到其絕對最大電壓以上的概率（在該曲線(xiàn)的黃色陰影部分顯示）。
在上圖中，藍色曲線(xiàn)顯示了電路中特定組件上可能的電壓分布。綠線(xiàn)表示組件上的平均（即預期）電壓，紅線(xiàn)表示組件上的最大額定電壓。黃色區域顯示將導致組件過(guò)驅動(dòng)的所有可能電壓值。在此，曲線(xiàn)下方的面積告訴您組件被過(guò)度驅動(dòng)的概率為18.5％。
這個(gè)簡(jiǎn)單的例子應該說(shuō)明可靠性分析的重要性。系統的壽命比其額定壽命短的可能性為18.5％。另一種思考的方式是這樣的：離開(kāi)工廠(chǎng)的成品設備中大約有五分之一會(huì )提前失效。對于關(guān)鍵任務(wù)電子系統，這種高故障率是不可接受的。
有兩種方法可以解決此問(wèn)題：
對于上述組件，您可能希望使用絕對最大額定電壓更高的組件?？梢詫θ魏纹渌M件做出相同的陳述。
對于系統中的上游組件，解決方案是使用公差更嚴格的組件。這將使組件看到的可能電壓的分布更窄，從而減少了過(guò)驅動(dòng)和故障的機會(huì )。
了解公差與非線(xiàn)性電路之間的關(guān)系是通過(guò)概率設計提高可靠性的重要的下一步。
線(xiàn)性與非線(xiàn)性電路的容差
即使您的電路是純線(xiàn)性的，組件的公差和它們產(chǎn)生的電性能也不會(huì )始終呈線(xiàn)性比例。這是因為分量值的方差是正交的?？紤]集總電路（例如，分壓器或匹配網(wǎng)絡(luò )）產(chǎn)生的電氣行為時(shí)，沒(méi)有用于組合方差的特定規則。
非線(xiàn)性電路也是如此。飽和（例如，在晶體管中）將減小方差對電輸出的影響，而諸如非線(xiàn)性放大器或二極管之類(lèi)的組件會(huì )增加它。這也使得很難確定實(shí)際非線(xiàn)性電路中容差的影響。
下面顯示了非線(xiàn)性電路中可能發(fā)生的情況的一個(gè)示例。此處，左圖顯示了市售27歐姆電阻器的公差值范圍。非線(xiàn)性電路可以根據電路的性質(zhì)將此正態(tài)分布轉換為非正態(tài)分布。結果，在特定組件上產(chǎn)生的電壓會(huì )更長(cháng)一些。