2017年，我曾經(jīng)為一家汽車公司的工程師們講授最壞情況電路分析（WCCA）培訓課程。在向?qū)W生們展示我們針對汽車模塊開發(fā)的WCCA樣品時，我聽到了議論咕嚕聲。我問是怎么回事，一名學生宣稱：“我們沒有時間搞這個！”

WCCA已經(jīng)成為汽車行業(yè)的一個重要話題，ISO 26262、汽車中電子部分的比重飛速增長以及汽車制造商的企業(yè)指導方針等都迫使人們重視WCCA問題。

而航天工業(yè)目前的趨勢描繪了一個完全不同的畫面。高成本計劃正在減少，而低成本和較短的任務(wù)普遍存在。同樣，項目經(jīng)理也在驚呼說，我們只是沒有預算。

顯然，汽車和航天工業(yè)有不同的局限性，但兩者都可能因為分析不充分而導致意外事故。兩者都未能看到的是，分析才是他們省錢的救命之路。在后續(xù)的文章中，我將探討與測試和測試數(shù)據(jù)相關(guān)的問題和缺點，但可以肯定地說，測試并不是便宜、簡單或能快速搞定的事，當然也不能使壽命終止（EOL）問題免除。

通過有針對性和優(yōu)先級的分析，可以解決測試無法解決的問題。這可以讓你以設(shè)計為中心來發(fā)現(xiàn)問題并增加收益，并可以避免將時間和資金浪費在電路板上。

這里的關(guān)鍵要點是，無論你選擇分析什么，都必須嚴格執(zhí)行，確保合適的分析準確性。否則，你可能會因為虛假結(jié)果而浪費寶貴的金錢和時間（見圖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WCCA做了足夠的評估后，你會發(fā)現(xiàn)頭號問題就是缺乏嚴謹性。

不同的行業(yè)有不同的分析（檢查表）和文件標準。人們會認為航天行業(yè)是最嚴格的。汽車在WCCA文檔方面非常寬松，但由于ISO 26262等標準的要求，汽車行業(yè)正在WCCA方面大步前行，要求進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在汽車電子模塊方面已經(jīng)形成一套標準實踐。你可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，汽車WCCA中使用的公差比航天應(yīng)用中使用的公差要嚴格得多。

這種嚴謹性的缺乏以多種形式表現(xiàn)出來。

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。

?沒有驗證關(guān)鍵假設(shè)和仿真模型。

?跳過簡單的電路，沒有查看所有應(yīng)該檢查的地方。

?沒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)，沒能達到足夠的準確性。

沒有執(zhí)行關(guān)鍵分析

除了上面提到的失誤之外，所進行的分析通常只是在合理的程度上進行。但是，正是這些因為“逃避”（“投機取巧”的委婉說法）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）》中進一步討論這些問題。圖2列出了一些常用功能模塊的檢查表。由于偏差、無知或“可接受的”標稱測試數(shù)據(jù)，它們通常受到忽略或被錯誤區(qū)分優(yōu)先次序并被視為無關(guān)緊要。如果設(shè)計人員不了解設(shè)計性能的要求或驅(qū)動因素，那么這些問題可能無法在WCCA中得到解決。例如，沒有分析控制回路的穩(wěn)定性，因為該元件沒有反饋接入來繪制波特圖。其他示例還包括執(zhí)行“衍生需求”分析，例如FET柵極驅(qū)動、FET安全工作區(qū)（SOA）、BJT最小hFE、泄漏和基極驅(qū)動，或運算放大器穩(wěn)定性，因為它們被認為“太簡單”。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，也會引起潛在的問題，但卻沒有對其進行分析。

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

通過模擬測試計劃和故障條件，其他EMC、ESD和電池故障分析也添加進來了。除了壓力和降額以外，即使是粗略的事項也是一項重要的數(shù)學和仿真工作，動輒花費數(shù)百小時也不稀罕。線性穩(wěn)壓器、POL和參考都有各自的列表清單。

最佳實踐將始終從一個綜合的任務(wù)列表開始，然后根據(jù)工程問題、電路評估、可用的測試數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)電路、任務(wù)/產(chǎn)品要求，以及最終的預算和進度，確定分析的優(yōu)先級并予以消除。如上所述，分析的事項不應(yīng)該留給設(shè)計者，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)，對于有些電路，若其嚴重故障被確定為是關(guān)鍵或很可能發(fā)生時，那么就應(yīng)執(zhí)行WCCA和最壞情況應(yīng)力分析。

沒有進行足夠詳細的壓力和降額分析

?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)降額和要評估的元件參數(shù)，請參閱SMC-S010或Mil-Handbook-1547或類似的IPC-9592）。

?沒有采用EOL公差執(zhí)行真實的最壞情況應(yīng)力分析，以及所有三種應(yīng)力評估（穩(wěn)態(tài)DC、開關(guān)和瞬時上電/斷電/故障）。

EOL公差指標少

我們經(jīng)常看到EOL公差只包括基于時間的老化。這還不夠，EOL公差還應(yīng)包括環(huán)境和各種制造公差（見表1），以及沖擊、濕度和振動等。

表1：MIL-PRF-55342電阻器的環(huán)境測試。（資料來源：Vishay）

例如，對于55342電阻器，其使用壽命為10萬小時（約10年）；僅基于時間的老化公差應(yīng)該至少為1.25%。而美國空軍太空司令部SMC-S-010指南規(guī)定，總EOL公差達到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”，雖然對于某些應(yīng)用可以對公差進行平方和求根，但將它們降低到不切實際的水平或?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最重要的一個部分。詳細的文檔編制對于審核過程至關(guān)重要，這也可以取得很好的投資回報。對于假設(shè)條件的記錄尤其如此——假設(shè)條件總有很多。文檔的編寫應(yīng)不但能方便審閱者對分析進行評估，也能讓設(shè)計人員容易理解分析，而無需與最初的分析師交談。通過這種方式，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的使用期限，并在未來的產(chǎn)品修訂中發(fā)揮作用，文檔絕對不能草率手寫完事。以下要素都是必不可少的：

?分析范圍包括工作條件、輸入激勵和輸出負載。

?功能性電路描述。

?模型描述、列表和測試相關(guān)性。

?解釋哪些要求需要評估以及使用了哪些分析方法。

?假設(shè)——從評論者的角度考慮他們可能想問但你卻認為是理所當然的問題。

?分析“故事”——講故事是至關(guān)重要的，不僅要提供一些數(shù)學或SPICE仿真，而且要向評論者提供一個相當詳細的說明，包括計算內(nèi)容、計算方式以及你的發(fā)現(xiàn)。

?結(jié)論（結(jié)果、利潤、風險）和建議。

雖然預算始終是個問題，但不應(yīng)因此影響分析的嚴謹性。如果有理由進行分析，那就要正確地分析。情愿少做一些分析，也不要對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。