电子可靠性技术:最坏情况分析方法（一）

最坏情况分析方法将传统电子可靠性和电路仿真分析方法有机结合，产生一种全新的可靠性技术。与传统的可靠性技术相比，这种新技术具有优良的实用性，能对电路进行深入而全面的可靠性分析。

　　容差分析是当前电子可靠性设计中最先进的技术之一，代表着电子可靠性设计的一个重要发展方向。最坏情况分析(WCCA)是容差分析的一种主要技术。这是一种电路可靠性分析设计技术，用来评估电路中各器件参数同时发生最坏情况变化时的电路性能，用以保证电路在整个寿命周期内都能够可靠工作。WCCA是一种全面系统分析电路可靠性的方法，在电子可靠性设计中将占据重要地位。

　　电路中各电子器件在初始容差外还存在着潜在的大幅变化，器件参数变化可能是寿命或环境应力影响的结果，这种变化能使电路性能超出规格要求，WCCA可以用来检查这种变化引起的电路性能变化。

　　图1：一个带通滤波器的最坏情况分析。

　　电子器件失效有两种模式：一种是灾难性的，即电路突发异常，导致灾难性结果;另一种是随着器件参数变化，在超过典型和初始容差极限时，尽管电路可以继续工作，但是其性能已经降低，超出电路要求的工作极限。为了避免器件灾难性失效，采用最坏情况电应力和降额分析可保证电路中所有器件都正确降额。

　　WCCA现已成为行业标准，其主要内容包括：

　　A. 针对器件参数变化，评估电路容差。1. 在各种环境应力处于极限情况下，对电路性能容差极限进行严格的数学评估;2. 器件参数变化的最坏情况;3. 环境极限、温度等;4. 输入功率;5. 输入激励上下限;6. 极端情况下的负载变化;7. 最大的接口干扰。

　　B. 器件评估。1. 最坏情况下的过应力(最坏情况电应力分析);2. 不正确的器件应用。

　　C. 形成正式文档。

　　有三个主要原因需要应用这些分析方法：1. WCCA可将可靠性落实到硬件设计中，使硬件长期无故障工作;2. WCCA已被FDA(美国联邦食品药品管理局)正式接受为设计验证工具;3. 使用最坏情况器件参数变化数据库，WCCA可以更经济、更容易实现。

　　WCCA的产出价值在于投资回报既有短期的，如减少设计重复、设计更改、和测试时间，也有长期的，如生产效率的增加、长寿命、无故障工作等。

　　WCCA分析过程

　　对一个电路板原理图进行WCCA分析，首先将电路分为几个简单的功能模块，然后对每个模块进行WCCA分析。分析人员应首先对每个模块给出详细的描述文档，然后对电路中的所有器件的关键参数进行最坏情况变化分析，给出每个参数的最大值和最小值。建立每个模块的关键电路性能需求。使用根据最坏情况下的最大最小值，分析人员可判断出电路的实际性能是否超过了电路要求。最后，分析人员要确定在最坏情况下，所有电路模块一起工作时能否满足整个电路板的规格要求。