題:
基於最小/最大值的電路設計是好的做法嗎?
christoph
2015-07-08 00:07:32 UTC
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我一次又一次地和我的一個同事爭論上述問題。當我設計一個用於量產(> 10k / a)的電路時,我想使其對我所知道的每種可能的組件參數變化具有魯棒性。例如,這意味著:

  • BJT參數,如VBE,電流增益等與偏置和溫度的關係
  • 公差,溫度依賴性,無源元件的老化和焊接漂移
  • 組件的使用壽命

此外,我認為在正常運行條件下任何違反絕對最大額定值的行為都是不可接受的。

據我了解,我的同事認為關心寄生蟲之類的無用業務。只需將它們放在一起,然後嘗試一下是否可行就可以了。將一些碎片放入加熱室中,使其老化,如果它們在以後仍能正常工作,就可以完成。他在設計商用電子產品方面比我擁有更多的經驗,但是我真的不喜歡這種方法。我堅信,作為一名工程師,在我第一次構建電路之前,我應該已經考慮過電路的任何部分。

我的方法是完美主義還是合理的?我已經發現很多電子設計師並不關心堅固的設計...

七 答案:
Lorenzo Donati -- Codidact.com
2015-07-08 00:30:27 UTC
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工程不僅涉及創建健壯的設計,而且還涉及創建符合某些規範的設計。通常,年輕的設計師並不完全理解經濟因素是規範的一部分。問題是,有時這些經濟因素沒有得到很好的說明(這通常是管理層的錯),但是可以期望一位優秀的設計師在其設計中也考慮非嚴格的技術方面,例如:

  • 與物料清單(BOM)相關的成本:誰關心是否有1%的裝置在現場故障,如果將新的裝置交付給客戶而不是使所有的裝置更可靠則更經濟! em em>

  • 上市時間:如果我們的競爭對手提前一個月發貨,誰會關心這些單元是否更可靠!

  • 計劃過時:(悲傷,而且不環保,但通常是這樣的):如果我們將它們推向市場,為什麼我們要運送可以使用20年的設備能夠工作5個(我們為此設定了更低的價格)?!?

  • 等。

所有這些當然取決於您要創建的設計所針對的領域。如果您瞄準的是一個單一故障可能會導致生命損失的市場(例如,新的除顫器),那麼您將在設計中應用更多的安全裕度(在某些情況下,根據強制性安全標準,您將被迫這樣做)。 / p>

例如,如果您正在設計用於太空探測器的關鍵任務板,以執行大約1G $的冥王星任務,則/ p>

的規格會更嚴格。在那種情況下,您確實希望能夠預見不可預見的情況,並測試可能會出錯的任何小問題。但這在經濟上被NASA起訴(或解僱)的風險所抵消,因為您笨拙的MCU代碼使所有任務出錯了!

回顧一下,經驗豐富的成功設計師知道如何管理所有這些經濟因素。當然,其中一些人確實很聰明,並且真正了解了使項目成功所需的所有微妙平衡(無論是新的Apple iMostUselessMuchHypedphone還是檢測彗星上細菌的最佳儀器)。其他一些人,雖然令人難以置信,但卻是真實的,他們很幸運,並找到了合適的位置:“原型在受到一點虐待之後還能正常工作嗎?好吧!讓我們發貨!”咒語效果很好!

順便說一句,優秀的設計師應該始終對所給予的要求保持警惕。有時,為您提供規格的人並不真正知道他們想要或需要什麼。甚至設計人員與客戶(或管理人員)之間的溝通也可能會產生誤導。例如,如果客戶要求一個在冬季可以正常工作的遠程氣壓站,那麼他來自阿拉斯加還是沙特阿拉伯就不重要了!好的設計師應該與客戶一起制定規格,如果成功的話,成功的設計師通常可以提出正確的問題來確定設計的實際規格客戶滿意。

我可以理解,對於某些工程師來說,必須制定所有細節,尤其是對於一些熱衷於創造事物的熱情人士。這本身不是錯,但重要的是要了解進行權衡的能力是工程學的一部分。有了經驗,這種能力將會提高,尤其是當您與優秀的高級設計師一起工作時。

您還可能發現自己在一家品味標準太低的雇主那里工作,這可能會促使您尋求另一份工作。但是,這應該在您獲得更多經驗並學習一些交易技巧並讓您對更好的雇主更加“有胃口”之後進行。

+1:必須始終在上下文中理解“好”,“壞”,“最好”等。工程的第一步是識別(有時是量化!)上下文,它通常比明確的規範要廣泛得多。只有在那之後,真正的樂趣才能開始。
很好的分析。+1
我實際上是在一個年輕的公司工作,只有一位具有10年以上工作經驗的電子設計師。我們幾個月來一直在急切地尋找高級工程師,甚至沒有得到有意義的應用程序。那些傢伙真的很難找到! 順便說一句,有沒有一本書可以教你如何製作好的電路(年輕工程師的指導)?
請參閱[我的答案](http://electronics.stackexchange.com/a/178812/29434),以獲取EE設計師必備的書(Art Of Electronics第三版)。也有[模擬搜尋](http://www.logbook.freeserve.co.uk/seekrets/),[可免費獲得PDF版本](http://www.eevblog.com/files/seekPDF.pdf)。
是的,我在發布《電子藝術》之前就預定了它,但是我的妻子只允許我在工作中閱讀它;)。感謝其他參考!
@LorenzoDonati很高興看到H&H書籍仍然發展強勁。.這是我82年代的EE學位課程的“強制性購買”。強烈推薦,即使我沒有閱讀本應做的那麼多...
Spehro Pefhany
2015-07-08 00:25:28 UTC
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我和你在一起100%。就是說,在某些事物(例如hFE)中,您必須相信事物在(例如)兩個保證點之間不會太過隨意,並且物理學和典型曲線中的任何事物都不會暗示任何奇怪的行為。

如果您使用“試一試”的方法(實際上可能是處理複雜寄生蟲的實用方法),請至少通過測試極限或相位裕度等來找出可能離災難有多遠那也可以,也可以。

使用cavalier方法的問題是,如果您不了解光耦合器的老化或某些類型的漂移或其他長期影響,而在一兩年後就會出現10%的現場故障。否則您最終會產生5%或10%的影響,因為某些組件比其他組件更典型,並且5-10%的非影響在以後難以復制的條件下在現場失敗。

即使零件超出其建議的操作條件或預期用途,我也沒有被睜開雙眼所冒的風險灼傷,評估,測試和檢查過。總是沒有被考慮的東西,它出自左領域。考慮所有可能出錯的問題是如何最大程度地減少這些問題。即使他們不是“你的錯”。其中一些是系統級的東西,與設計沒有直接關係。例如,在2秒鐘內打開和關閉5倍的電源應該不會出現故障,但是它可能不在規格範圍內,因此可能無法設計或測試。

即使在設計空間的遠處(最大環境溫度,最大負載,最大輸入電壓,最小通風量等),違反絕對最大額定值幾乎總是一個真正的壞主意。 )。可能有一些奇怪的情況是可以辯解的。例如,某些產品只需要運行一次。

相反的方法,請參見謀殺。如果接受的話,旁路電容器的銷售肯定會直線下降。

tcrosley
2015-07-08 01:27:02 UTC
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我將對電路進行最壞情況的分析,其中元件值可能會對電路的性能產生重大影響;例如,運算放大器的增益,其中該增益對於連接到運算放大器輸出的下一個電路很重要。我將對開關電源進行相同的分析,以便可以預期電壓在預期的範圍內。 (主要是數字設計者,運算放大器和電源大約是我的模擬專業知識的極限。) LTSpice可用於進行此類分析。但是我並不關心例如上拉電阻的容差;

儘管沒有在問題中提到,但這種分析有時對於數字設計也很重要。大多數數字IC的數據手冊都包含了各種參數(如建立和保持時間)的最小和最大時間。當將各種IC組合在一起時,有時其他芯片中的時序變化(包括傳播延遲)會在滿足這些時序要求時引起問題。特別是在與內存交互時,我遇到了這樣的問題。

關於計劃過時的主題,出於經濟原因,有時這是必需的。例如,鋰聚合物電池的預期壽命可能只有三到四年。您是否為客戶提供一種更換電池的方式?還是將其保存在密閉盒中,就像Apple的iPhone一樣,只能在其中一家商店更換電池(除非客戶購買了秘密工具並在YouTube上觀看視頻)。

另一個例子是蜂窩調製解調器。幾年前,當我們僅使用蜂窩調製解調器進行數據傳輸的項目時,就決定使用2G調製解調器而不是3G,儘管我們知道2G將被淘汰。原因是2G調製解調器的價格是3G的一半。我們找到了一個運營商,承諾在他們的設備預期使用壽命內可以使用2G。

Bimpelrekkie
2015-07-08 00:31:46 UTC
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我認為最好的策略取決於您要設計的產品類型。如果這是簡單且非關鍵的事情,則只需在IC數據表上實現電路即可。那麼,您的同事的方法可能就足夠了。 IC和其他組件可保證在規定範圍內工作。

但是並不需要太多檢查。

但是,例如(如果您)在不使用IC的情況下設計一個非常精確的電壓基準,那麼您提到的所有內容就變得尤為重要,因為變化會影響性能。

但是,如果您以“智能”方式進行設計,那麼您可以補償很多事情。例如,BJT的VBE,在IC設計中,我們到處都使用電流鏡,因為在同一製造步驟中製造輸入和輸出晶體管,它們幾乎是相同的,所以VBE的差異並不重要。在分立(芯片外)設計中,您可以使用運算放大器來製作準確的電流鏡。例如,僅使用精確的電阻器和低失調運算放大器。通過使用發射極電阻或基流補償電路等方法,可以使電流鏡更加精確。但是,如果您不知道(沒有經驗),那麼現在研究變化的敏感性將為您提供一個想法。

我認為,訣竅在於保持務實的態度並以變化為視角:重要的是,什麼不呢?我需要在哪裡進行全面調查,而在哪裡則不需要。

nerdfever.com
2015-07-08 23:02:20 UTC
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這取決於您需要設計的堅固程度。

工程全都需要權衡。如果您希望設計具有最大的魯棒性,那麼您的方法是正確的。

我會走得更遠,並在數據表的最小/最大值之外應用模糊係數,除非您對如何製造商得出了這些價值。

但這要付出一定的代價-金錢,努力投入到其他事情上,以及投放市場。並非每個設計都必須如此堅固。

如果您正在設計原子彈(並且要確保它不會偶然發生),心臟除顫器或空間,

如果您要設計一個價格為5美元的tamagouchi玩具,則可能不值得。

在某種程度上,您的同事是對的-對於許多人來說,目的是針對中間參數範圍的保守設計可以在99.99%的時間內正常工作,而無需進行大量分析和測試。

如果在0.01%的情況下失敗是可以接受的,那很好。真的。

您需要評估設計優化成本與所獲得的回報之間的權衡。

Guill
2015-07-12 02:11:48 UTC
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您收到的所有答案都很好。但是,還有其他方面我感覺還沒有解決。您和您公司的聲譽。就我而言,我寧願在“健壯性”方面“犯錯”。原因是我將因設計可在各種條件下可靠工作的電路而贏得聲譽,而我的公司也將因提供可靠的產品而享有聲譽。其他所有考慮因素,我都將留給我的經理/主管。我,並告訴我修改設計,以便降低成本或更快地完成設計,等等。

supercat
2015-07-08 22:37:05 UTC
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設計一種在組件具有其數據表允許的行為的任意組合的情況下將起作用的設備,這是一個好習慣。不幸的是,許多數據手冊未能詳細說明器件的行為以使其可行。

作為一個簡單的示例,假設有人拿了74HC374並將輸出Q0-Q5直接連接到輸入D2-D7,以達到目的。將其用作2x4位移位寄存器。這種設計是司空見慣的,並且在實踐中效果很好。但是,典型的數據手冊將規定器件的最短傳播時間為0ns(意味著輸出可以響應時鐘邊沿而立即發生變化),並且最短保持時間為2ns(這意味著如果存在以下情況,則無法保證器件的行為:輸入在時鐘邊沿的2ns內變化)。實際上,如果某個設備的任何輸入在時鐘沿後改變2ns可能會發生故障,則其輸出變化的速度可能不會比此快,但是數據表中沒有任何內容可以保證這一點。從理論上講,可以通過在每個輸出上反饋一個下一個RC延遲電路來確保正確的電路行為,然後再將其反饋到下一個輸入,但是實際上,將一個部分的輸出反饋到同一部分的其他輸入時,幾乎從來沒有做過這樣的事情

我不確定是否有特殊原因導致製造商通常無法提供足以保證正確設備行為的信息(例如,通過指定任何設備的最快傳播時間)從時鐘上升至高於VIL以上的時間開始,從時鐘上升至高於VIH的時間開始,將使該批次中最慢的器件的保持時間至少延長__ns以上,但通常不會;雖然有可能添加額外的電路以確保在所有參數組合下的正確行為,但這樣做有時可能會使相關電路的成本增加一倍。



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