Devre tasarımı min / max değerlerine göre iyi bir uygulama mı?

Tekrar tekrar bir meslektaşımla yukarıdaki soru hakkında tartışıyorum. Seri üretim için bir devre tasarladığımda (> 10k / a) Bildiğim her türlü bileşen parametresi değişimine karşı dayanıklı olmasını istiyorum. Bu, örneğin:

• VBE, akım kazancı vs. gibi BJT parametreleri, önyargı ve sıcaklık gibi
• Toleranslar, sıcaklık bağımlılıkları, pasiflerin yaşlanma ve lehim kayması
• Bileşenlerin ömrü

Ayrıca, normal çalışma koşullarında mutlak maksimum derecelendirme ihlallerini kabul edilemez buluyorum.

Meslektaşımı anladığım kadarıyla parazitikleri ve benzerlerini önemsememenin yararsız bir iş olduğunu düşünüyor. Sadece hepsini bir araya getirin ve çalışıp çalışmadığını deneyin, hepsi bu. Bazı parçaları ısı odasına yerleştirin, yaşlandırın ve daha sonra çalışırlarsa işiniz biter. Ticari elektronik tasarımı konusunda benden daha fazla tecrübesi var, ama böyle bir yaklaşımı sevmiyorum. Bir mühendis olarak ilk kez inşa etmeden önce bir devrenin herhangi bir bölümünü düşünmem gerektiğine ikna oldum.

Yaklaşımım sadece hasta mükemmeliyetçilik midir yoksa makul bir şey mi var? Çok sayıda elektronik tasarımcının sağlam tasarıma önem vermediğini zaten keşfettim ...

Mühendislik sadece sağlam tasarımlar oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda bazı özellikleri karşılayan bir tasarım yaratır. Genellikle genç tasarımcılar ekonomik faktörlerin şartnamenin bir parçası olduğunu tam olarak anlamıyor . Sorun, bazen bu ekonomik faktörlerin iyi tanımlanmadığı (bu genellikle bir yönetimin hatasıdır), ancak iyi bir tasarımcının tasarımlarında kesinlikle teknik olmayan yönleri de dikkate alması beklenir:

• BOM'la ilgili maliyetler: Birimin% 1'inin sahada başarısız olup olmadığının umrunda, hepsini daha güvenilir yapmak yerine müşteriye yeni bir tane göndermenin daha ekonomik olması!

• Piyasaya girme zamanı: rakiplerimiz eşyalarını bir ay önceden gönderirse, ünitelerin daha güvenilir olup olmadığını kim umursar!

• Planlanan eskime: (üzgün ve çevre dostu değil, ancak genellikle böyle olur): 5 yıl boyunca çalışabilmeleri için pazarladıysak neden 20 yıl dayanabilecek birimler göndermek isteyelim (ve daha düşük bir fiyat verdik) Bunun için nokta)?

• vb.

Tüm bunlar elbette yarattığınız tasarımın hedeflendiği alana bağlıdır. Tek bir hatanın hayatlara mal olabileceği bir pazar hedefliyorsanız (yeni bir defibrilatör söyleyin), tasarımınıza daha fazla güvenlik marjı uygulayacaksınız (ve bazı durumlarda zorunlu güvenlik standartlarına göre bunu yapmak zorunda kalacaksınız).

Örneğin, Pluto'ya bir ~ 1G $ ödülü için bir uzay probu için kritik bir pano tasarlıyorsanız, daha sert özellikler iyidir. Bu durumda, gerçekten öngörülemeyecek olanı öngörmek ve yanlış gidebilecek herhangi bir lanet olası küçük şey için test yapmak istersiniz. Fakat bu, ekonomik olarak NASA tarafından dava edilme (veya kovulma) riskiyle dengelenir, çünkü berbat MCU kodunuz tüm görevi tersine çevirir!

Özetlemek için deneyimli başarılı tasarımcılar tüm bu ekonomik faktörlerin nasıl yönetileceğini biliyor. Elbette bazıları gerçekten akıllı ve bir projeyi başarıya ulaştırmak için gereken tüm hassas dengeleri gerçekten anlıyorlar (yeni Apple iMostUselessMuchHypedphone veya bir kuyruklu yıldızdaki bakterileri tespit etmek için en iyi enstrümanlar olabilir). Bazıları, inanılmaz ama gerçek, sadece şanslılar ve "prototip biraz kötüleştikten sonra çalışıyor mu? Tamam! Hadi onu gönderelim!" mantra iyi çalışıyor!

BTW, iyi bir tasarımcı her zaman kendisine verilen gereksinimlere karşı temkinli olmalıdır. Bazen size özellikleri veren insanlar ne istediklerini ve neye ihtiyaç duyduklarını gerçekten bilmezler. Tasarımcı ile müşteri (veya yönetim) arasındaki iletişim bile yanıltıcı olabilir. Bir istemci kış aylarında iyi çalışabilir bir uzaktan kontrollü barometrik istasyonu sorar Örneğin, bu does o Alaska ya da Suudi Arabistan ise meseleyi! İyi bir tasarımcı, uygun pozisyonda ise müşteriyle olan özellikleri çalışmalıdır ve başarılı bir tasarımcı müşteriyi mutlu etmek için tasarımın gerçek özelliklerini belirlemek için doğru soruları sorabilir .

Bazı mühendisler için, özellikle iyi işleyen şeyleri yaratmayı gerçekten seven bazı tutkulu bireyler için tüm ayrıntıların üzerinde çalışmak zorunda olduğunu anlayabiliyorum . Bu başlı başına bir hata değil, fakat takas yapma yeteneğinin mühendisliğin bir parçası olduğunu anlamak önemlidir. Tecrübe ile bu yetenek gelişecektir, özellikle iyi kıdemli tasarımcılarla birlikte çalışıyorsanız.

Ayrıca zevkinize göre çok düşük standartları olan bir işveren için çalıştığınızı keşfedebilirsiniz ve bu sizi başka bir iş aramaya zorlayabilir. Ancak bu, biraz daha tecrübe edindikten ve ticaretin püf noktalarını öğrendikten ve daha iyi bir işveren için sizi daha iştah açıcı hale getirdikten sonra yapılmalıdır.

% 100 seninleyim. Bununla birlikte, iki garantili nokta arasında şeylerin çok riskli olmadığına ve fizik ve tipik eğrilerdeki hiçbir şeyin garip davranışlar öneremeyeceğine güvenmeniz gereken şeyler (örneğin, HFE) vardır.

Karmaşık parazitlerle baş etmenin pratik bir yolu olabilecek bir kes ve dene yaklaşımı kullanıyorsanız, en azından felaketten ne kadar uzak olabileceğinizi, limitleri veya faz marjını test ederek bulabilirsiniz. Bu da işe yarar. Tamam.

Süvariler yaklaşımı ile ilgili sorun, optocoupler yaşlanması veya belirli tür sürüklenme veya başka uzun vadeli etkiler gibi bir şey bilmiyorsanız ve bir veya iki yıl sonra% 10 alan hatası almaya başlamanızdır. Veya bazı bileşenlerin diğerlerinden daha tipik olması nedeniyle% 5 veya% 10 serpinti ile bitiyorsunuz ve serpinti olmayanların% 5-10'u daha sonra çoğaltılması zor koşullar altında sahada başarısız oluyor.

Parça, önerilen çalışma koşulları dışında veya kullanım amacı dışında olsa bile, her iki gözü açık bir şekilde değerlendirilmiş, test edilmiş ve gözden geçirilmiş bir risk almamıştım. Her zaman düşünülmeyen ve sol alandan çıkan bir şey. Yanlış gidebilecek her şeyi düşünmek, bu problemleri nasıl en aza indireceğinizdir. Senin suçun olmasa bile. Bazıları, doğrudan tasarımla ilgisi olmayan sistem seviyesinde şeylerdir. Örneğin, 5x 2 saniye içinde çevrilen ve kapatılan bir güç kaynağı başarısız olmamalıdır, ancak spesifikasyonlarda olmayabilir, bu yüzden bunun için tasarlanmamış veya test edilmemiş olabilir.

Mutlak maksimum puanları ihlal etmek , tasarım alanının uzak köşelerinde bile (maksimum ortam sıcaklığı, maksimum yük, maksimum giriş voltajı, minimum havalandırma vb.) Neredeyse her zaman gerçekten kötü bir fikirdir. Haklı gösterilebileceği birkaç tuhaf vaka olabilir. Bazı ürünler, örneğin yalnızca bir kez işlev görür.

Ters yaklaşım için, Muntzing'e bakınız . Bypass kapasitör satışları bu kabul edilirse elbette düşecektir.

Bileşen değerlerinin devrenin performansı üzerinde önemli bir etkisinin olabileceği devrelerin en kötü durum analizini yapacağım; örneğin, bu kazancın op-amp çıkışına bağlı bir sonraki devre için önemli olduğu bir op-ampin kazancı. Anahtarlama güç kaynağı için de aynı analizi yapacağım, böylece voltajın voltajın beklenen sınırlar içinde olmasını bekleyebilirim. (Öncelikle dijital tasarımcı olmak, op-amp'ler ve güç kaynakları analog uzmanlığımın sınırlarını oluşturuyor.) LTSpice bu analizleri yapmak için kullanılabilir. Fakat örneğin çekme direncinin toleransı umrumda değil; bir fark yaratacak kadar değişken olması beklenemez.

Soruda bahsedilmemesine rağmen, bu tür bir analiz bazen dijital tasarımlar için de önemlidir. Çoğu dijital IC'nin veri sayfaları, kurulum ve bekletme süreleri gibi çeşitli parametreler için minimum ve maksimum süreleri içerir. Çeşitli IC'leri bir araya getirirken, bazen ilerleme gecikmeleri de dahil olmak üzere diğer yongalardaki zamanlama değişiklikleri bu zamanlama gereksinimlerini karşılamada sorunlara neden olacaktır. Özellikle de anılarla etkileşim kurarken böyle problemlerle karşılaştım.

Planlanan eskime konusu ne olursa olsun, ekonomik nedenlerden dolayı bu bazen gereklidir. Örneğin, bir Li-Poly pil, yalnızca üç veya dört yıllık beklenen ömre sahip olabilir. Müşterinin pili değiştirmesi için bir yol sunuyor musunuz? Veya Apple'ın iPhone'larda yaptığı gibi, pilin yalnızca mağazalarından birinde değiştirilebileceği (müşteri gizli bir araç satın almadığı ve YouTube'daki bir videoyu izlemediği sürece) kapalı bir kutuda mı saklıyorsunuz?

Başka bir örnek hücresel modemdir. Birkaç yıl önce, yalnızca veri iletimi için hücresel bir modem kullanan bir proje üzerinde çalışırken, 2G'nin kaldırılacağını bilmemize rağmen, 3G yerine 2G modem ile gitmeye karar verildi. Bunun nedeni 2G modeminin 3G fiyatının yarısına mal olmasıydı. Cihazın beklenen ömrü için 2G'nin bunlardan yararlanabileceğine söz veren bir taşıyıcı bulduk.

İzlenecek en iyi stratejinin tasarladığınız ürünün türüne bağlı olduğunu düşünüyorum. Basit ve kritik olmayan bir şeyse, sadece bir IC veri sayfasında bir devrenin bir uygulamasıdır. O zaman muhtemelen meslektaşının yaklaşımı yeterince iyidir. IC ve diğer bileşenlerin belirtilenler üzerinde çalışması garanti edilir. Fazladan bir çeke gerek yok.

Ancak (örneğin) bunun için bir IC kullanmadan çok doğru bir voltaj referansı tasarlıyorsanız, varyasyonlar performansı etkileyeceğinden bahsettiğiniz her şey daha önemli hale gelir.

Ancak "akıllı" bir şekilde tasarlarsanız, birçok şeyi telafi edebilirsiniz. Örneğin, bir BJT'nin VBE'si, IC tasarımında her yerde mevcut ayna kullanırız, çünkü giriş ve çıkış transistörü aynı fabrikasyon adımında yapıldığı için neredeyse aynıdır ve VBE'deki farklılıklar çok fazla önemli değildir. Kesikli (talaşsız) bir tasarımda, doğru bir akım aynası yapmak için bir opamp kullanabilirsiniz. Sadece doğru dirençler ve örneğin düşük ofset opamp kullanın. Bir akım aynası örneğin verici dirençler veya bir baz-akım dengeleme devresi uygulaması kullanılarak daha doğru bir şekilde yapılabilir.

Tecrübe ile kritik kısımları daha az kritik olandan tanıyabilirsiniz. Fakat bilmiyorsanız (deneyimsiz), varyasyonlara karşı duyarlılığı araştırmak size bir fikir verecektir.

Bence püf noktası pratik bir tutumu sürdürmek ve çeşitliliği perspektife koymaktır: önemli olan ne değildir? Tam bir soruşturmaya nerede ihtiyacım var ve bunun nerede gerekli olmadığı.

Tasarımın ne kadar sağlam olması gerektiğine bağlı.

Mühendislik tamamen değişimlerle ilgilidir. Tasarımın maksimum sağlam olmasını istiyorsanız, yaklaşımınız doğrudur.

Üreticinin bu değerlere nasıl ulaştığı hakkında fazla bir şey bilmediğiniz sürece, daha da ileri gidip veri sayfasının min / maks değerlerinin ötesinde bir geçme faktörü uygularım.

Ancak bunu yapmanın, zaman içerisinde başka şeylere tahsis edilebilecek çaba içinde, piyasaya sürdüğü bir maliyeti var. Her tasarımın bu kadar sağlam olması gerekmez.

Bir atom bombası tasarlıyorsanız (ve kazayla sönmeyeceğinden emin olmak istiyorsanız) veya bir kalp defibrilatörü veya bir boşluk sondası varsa, bu maliyetler büyük olasılıkla artacaktır.

5 $ için satacak bir tamagouchi oyuncak tasarlıyorsanız, muhtemelen değil.

Bir dereceye kadar meslektaşınız haklıdır - birçok amaç için, orta seviye parametreleri hedefleyen muhafazakar bir tasarım, kapsamlı bir analiz ve teste ihtiyaç duymadan, zamanın% 99,99'unda gayet iyi çalışacaktır.

Eğer vakaların% 0.01’inde başarısızlık kabul edilebilir ise, o zaman sorun değil. Gerçekten mi.

Tasarım optimizasyonunun maliyeti ile bunun karşılığında ne elde edeceğiniz arasındaki farkı değerlendirmeniz gerekir.

Aldığınız tüm cevaplar çok iyi. Ancak ele alınmadığını düşündüğüm başka bir yön daha var. Siz ve şirketinizin ünü . Benim durumumda, "sağlamlığın" yanında "hata yapmayı" tercih ederim. Bunun nedeni, değişen koşullar altında güvenilir bir şekilde çalışan devrelerin tasarımı için ün kazanmamın ve şirketimin güvenilir ürünler sağlama konusunda itibar kazanmasıydı. Diğer tüm düşünceler, onları yöneticime / amirime bırakacaktır.
Eğer tasarımım çok pahalıysa veya inşa etmek ve test etmek için çok zaman alacaksa, yöneticimin bana "geri dönmesine" izin vereceğim ve tasarımın daha az maliyetli veya daha kısa sürede yapılacağı, vb. Bu yüzden, min / max değerlerini kullanmak evet iyi bir uygulamadır .

Bileşenlerin veri sayfalarında izin verilen davranış kombinasyonları varsa işe yarayacak bir cihaz tasarlamak pratik olduğunda iyi bir uygulamadır. Ne yazık ki, birçok veri sayfası cihaz davranışlarını, uygulanabilir hale getirmek için yeterli ayrıntıyla belirtemiyor.

Basit bir örnek olarak, birinin 74HC374 aldığını ve Q0-Q5 çıkışlarını doğrudan 2x4 bit kaydırma yazıcısı olarak kullanmak amacıyla D2-D7 girişlerine bağladığını varsayalım. Bu tür tasarımlar olağandır ve pratikte iyi çalışır. Bununla birlikte, tipik bir veri sayfası, bir cihazın minimum 0ns yayılma süresine sahip olduğunu (çıkışın saat kenarına göre anında değişebileceği anlamına gelir) ve minimum 2ns tutma süresine (cihaz davranışının garanti edilmediği anlamına gelir) belirtir. giriş, bir saat kenarının 2ns içinde değişir). Uygulamada, bir saat kenarından sonra 2n değiştirirse herhangi bir girişin arızalanabileceği bir cihazın bundan daha hızlı değişen çıkışlara sahip olması muhtemel değildir, ancak veri sayfasındaki hiçbir şey bunu garanti etmez. Teorik olarak, bir sonraki girişe geri dönmeden önce her çıkışa bir RC gecikme devresi ekleyerek doğru devre davranışını sağlayabilirsiniz,

Üreticilerin, doğru cihaz davranışını garanti etmek için yeterli bilgi sağlama konusunda genel olarak herhangi bir sebep olup olmadığından emin değilim (örneğin, saatin VIL'in üzerine çıkmasıyla ölçülen herhangi bir cihazın çok hızlı yayılma süresinin aşılacağını belirterek) en azından, uzun süre boyunca en yavaş cihazın tutma süresi (saat VIH'nin üstüne çıktığında ölçülen); Tüm parametre kombinasyonlarında doğru davranışı sağlamak için ek devre eklemek mümkün olsa da, bunun yapılması bazen ilgili devrenin maliyetini iki katına çıkarabilir.