2017年，我曾經(jīng)為一家汽車(chē)公司的工程師們講授最壞情況電路分析（WCCA）培訓(xùn)課程。在向?qū)W生們展示我們針對(duì)汽車(chē)模塊開(kāi)發(fā)的WCCA樣品時(shí)，我聽(tīng)到了議論咕嚕聲。我問(wèn)是怎么回事，一名學(xué)生宣稱(chēng)：“我們沒(méi)有時(shí)間搞這個(gè)！”

WCCA已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)重要話題，ISO 26262、汽車(chē)中電子部分的比重飛速增長(zhǎng)以及汽車(chē)制造商的企業(yè)指導(dǎo)方針等都迫使人們重視WCCA問(wèn)題。

而航天工業(yè)目前的趨勢(shì)描繪了一個(gè)完全不同的畫(huà)面。高成本計(jì)劃正在減少，而低成本和較短的任務(wù)普遍存在。同樣，項(xiàng)目經(jīng)理也在驚呼說(shuō)，我們只是沒(méi)有預(yù)算。

顯然，汽車(chē)和航天工業(yè)有不同的局限性，但兩者都可能因?yàn)榉治霾怀浞侄鴮?dǎo)致意外事故。兩者都未能看到的是，分析才是他們省錢(qián)的救命之路。在后續(xù)的文章中，我將探討與測(cè)試和測(cè)試數(shù)據(jù)相關(guān)的問(wèn)題和缺點(diǎn)，但可以肯定地說(shuō)，測(cè)試并不是便宜、簡(jiǎn)單或能快速搞定的事，當(dāng)然也不能使壽命終止（EOL）問(wèn)題免除。

通過(guò)有針對(duì)性和優(yōu)先級(jí)的分析，可以解決測(cè)試無(wú)法解決的問(wèn)題。這可以讓你以設(shè)計(jì)為中心來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并增加收益，并可以避免將時(shí)間和資金浪費(fèi)在電路板上。

這里的關(guān)鍵要點(diǎn)是，無(wú)論你選擇分析什么，都必須嚴(yán)格執(zhí)行，確保合適的分析準(zhǔn)確性。否則，你可能會(huì)因?yàn)樘摷俳Y(jié)果而浪費(fèi)寶貴的金錢(qián)和時(shí)間（見(jiàn)圖1）。

圖1：WCCA總是面臨著降低成本、提高質(zhì)量和縮短交貨期的壓力。

對(duì)WCCA做了足夠的評(píng)估后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)頭號(hào)問(wèn)題就是缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。

不同的行業(yè)有不同的分析（檢查表）和文件標(biāo)準(zhǔn)。人們會(huì)認(rèn)為航天行業(yè)是最嚴(yán)格的。汽車(chē)在WCCA文檔方面非常寬松，但由于ISO 26262等標(biāo)準(zhǔn)的要求，汽車(chē)行業(yè)正在WCCA方面大步前行，要求進(jìn)行更多和具體的分析，特別是在EMC和ESD要求方面。與航天應(yīng)用不同的是，WCCA在汽車(chē)電子模塊方面已經(jīng)形成一套標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐。你可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)WCCA中使用的公差比航天應(yīng)用中使用的公差要嚴(yán)格得多。

這種嚴(yán)謹(jǐn)性的缺乏以多種形式表現(xiàn)出來(lái)。

未能“層層分析”的情況包括：

?在執(zhí)行完整的WCCA方面未用壽命終止極端情況下的所有適用公差深入挖掘。

?沒(méi)有驗(yàn)證關(guān)鍵假設(shè)和仿真模型。

?跳過(guò)簡(jiǎn)單的電路，沒(méi)有查看所有應(yīng)該檢查的地方。

?沒(méi)有涵蓋所有可能的工作條件。

?忽略可能影響分析結(jié)果的二階和三階效應(yīng)，沒(méi)能達(dá)到足夠的準(zhǔn)確性。

沒(méi)有執(zhí)行關(guān)鍵分析

除了上面提到的失誤之外，所進(jìn)行的分析通常只是在合理的程度上進(jìn)行。但是，正是這些因?yàn)椤疤颖堋保ā巴稒C(jī)取巧”的委婉說(shuō)法）而被完全忽略的分析，潛伏著許多不合規(guī)之處。我們將在后續(xù)的文章《Too Many Escapes and Biases（太多的逃避與偏見(jiàn)）》中進(jìn)一步討論這些問(wèn)題。圖2列出了一些常用功能模塊的檢查表。由于偏差、無(wú)知或“可接受的”標(biāo)稱(chēng)測(cè)試數(shù)據(jù)，它們通常受到忽略或被錯(cuò)誤區(qū)分優(yōu)先次序并被視為無(wú)關(guān)緊要。如果設(shè)計(jì)人員不了解設(shè)計(jì)性能的要求或驅(qū)動(dòng)因素，那么這些問(wèn)題可能無(wú)法在WCCA中得到解決。例如，沒(méi)有分析控制回路的穩(wěn)定性，因?yàn)樵撛](méi)有反饋接入來(lái)繪制波特圖。其他示例還包括執(zhí)行“衍生需求”分析，例如FET柵極驅(qū)動(dòng)、FET安全工作區(qū)（SOA）、BJT最小hFE、泄漏和基極驅(qū)動(dòng)，或運(yùn)算放大器穩(wěn)定性，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為“太簡(jiǎn)單”。此外，一些傳統(tǒng)電路的某些器件、公差和工作條件發(fā)生變化，也會(huì)引起潛在的問(wèn)題，但卻沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行分析。

圖2：AEi Systems的開(kāi)關(guān)電源（汽車(chē)應(yīng)用）分析檢查表（上面的部分清單）。

通過(guò)模擬測(cè)試計(jì)劃和故障條件，其他EMC、ESD和電池故障分析也添加進(jìn)來(lái)了。除了壓力和降額以外，即使是粗略的事項(xiàng)也是一項(xiàng)重要的數(shù)學(xué)和仿真工作，動(dòng)輒花費(fèi)數(shù)百小時(shí)也不稀罕。線性穩(wěn)壓器、POL和參考都有各自的列表清單。

最佳實(shí)踐將始終從一個(gè)綜合的任務(wù)列表開(kāi)始，然后根據(jù)工程問(wèn)題、電路評(píng)估、可用的測(cè)試數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)電路、任務(wù)/產(chǎn)品要求，以及最終的預(yù)算和進(jìn)度，確定分析的優(yōu)先級(jí)并予以消除。如上所述，分析的事項(xiàng)不應(yīng)該留給設(shè)計(jì)者，因此最壞情況電路分析是很難貫徹執(zhí)行的。

WCCA應(yīng)與失效模式、效應(yīng)和關(guān)鍵性分析（FMECA）的結(jié)果相關(guān)聯(lián)，對(duì)于有些電路，若其嚴(yán)重故障被確定為是關(guān)鍵或很可能發(fā)生時(shí)，那么就應(yīng)執(zhí)行WCCA和最壞情況應(yīng)力分析。

沒(méi)有進(jìn)行足夠詳細(xì)的壓力和降額分析

?在許多情況下，并非要檢查所有應(yīng)檢查和降額的元件參數(shù)（有關(guān)降額和要評(píng)估的元件參數(shù)，請(qǐng)參閱SMC-S010或Mil-Handbook-1547或類(lèi)似的IPC-9592）。

?沒(méi)有采用EOL公差執(zhí)行真實(shí)的最壞情況應(yīng)力分析，以及所有三種應(yīng)力評(píng)估（穩(wěn)態(tài)DC、開(kāi)關(guān)和瞬時(shí)上電/斷電/故障）。

EOL公差指標(biāo)少

我們經(jīng)?？吹紼OL公差只包括基于時(shí)間的老化。這還不夠，EOL公差還應(yīng)包括環(huán)境和各種制造公差（見(jiàn)表1），以及沖擊、濕度和振動(dòng)等。

表1：MIL-PRF-55342電阻器的環(huán)境測(cè)試。（資料來(lái)源：Vishay）

例如，對(duì)于55342電阻器，其使用壽命為10萬(wàn)小時(shí)（約10年）；僅基于時(shí)間的老化公差應(yīng)該至少為1.25%。而美國(guó)空軍太空司令部SMC-S-010指南規(guī)定，總EOL公差達(dá)到2%的電阻器才能使用。由于元器件質(zhì)量的提高，SMC-S-010取代了Mil-HdBk-1547規(guī)范，后者推薦使用的EOL公差為4%。在任何情況下，記住要執(zhí)行的分析是“最壞情況”，雖然對(duì)于某些應(yīng)用可以對(duì)公差進(jìn)行平方和求根，但將它們降低到不切實(shí)際的水平或?qū)⑺鼈兺耆懦谕舛际遣豢山邮艿?。處理公差?shù)據(jù)的差距將在以后的文章中探討。

在文檔編制上吝嗇

文檔編制是WCCA最重要的一個(gè)部分。詳細(xì)的文檔編制對(duì)于審核過(guò)程至關(guān)重要，這也可以取得很好的投資回報(bào)。對(duì)于假設(shè)條件的記錄尤其如此——假設(shè)條件總有很多。文檔的編寫(xiě)應(yīng)不但能方便審閱者對(duì)分析進(jìn)行評(píng)估，也能讓設(shè)計(jì)人員容易理解分析，而無(wú)需與最初的分析師交談。通過(guò)這種方式，文檔就成為了合規(guī)電路或更好產(chǎn)品（未合規(guī)情況）的技術(shù)路線圖。為了使分析具有更長(zhǎng)的使用期限，并在未來(lái)的產(chǎn)品修訂中發(fā)揮作用，文檔絕對(duì)不能草率手寫(xiě)完事。以下要素都是必不可少的：

?分析范圍包括工作條件、輸入激勵(lì)和輸出負(fù)載。

?功能性電路描述。

?模型描述、列表和測(cè)試相關(guān)性。

?解釋哪些要求需要評(píng)估以及使用了哪些分析方法。

?假設(shè)——從評(píng)論者的角度考慮他們可能想問(wèn)但你卻認(rèn)為是理所當(dāng)然的問(wèn)題。

?分析“故事”——講故事是至關(guān)重要的，不僅要提供一些數(shù)學(xué)或SPICE仿真，而且要向評(píng)論者提供一個(gè)相當(dāng)詳細(xì)的說(shuō)明，包括計(jì)算內(nèi)容、計(jì)算方式以及你的發(fā)現(xiàn)。

?結(jié)論（結(jié)果、利潤(rùn)、風(fēng)險(xiǎn)）和建議。

雖然預(yù)算始終是個(gè)問(wèn)題，但不應(yīng)因此影響分析的嚴(yán)謹(jǐn)性。如果有理由進(jìn)行分析，那就要正確地分析。情愿少做一些分析，也不要對(duì)重要的分析偷工減料。

在“最壞情況”系列的下一篇文章中，我們將介紹元件和電路仿真模型開(kāi)發(fā)、模型相關(guān)性和公差，以及如何處理供應(yīng)商提供的模型。