在產(chǎn)品的電路設計時，我們常?？鄲烙陔娐份敵龅木葐栴}。尤其在一些關鍵電路部分，一些較大的電壓波動會造成嚴重的器件失效。因為通過組合來實現(xiàn)某一功能的電路系統(tǒng)，都是有各種各樣的元器件組成，例如電阻，電容，以及IC等等。而每個元器件總是存在由于各種因數(shù)導致的變異性，這就使得系統(tǒng)的輸出有很大的變異，因此降低了輸出的精確度。如圖所示：

容差分析方法就是用來分析電路的組成部分在規(guī)定的使用環(huán)境范圍內(nèi)其參數(shù)偏差和寄生偏差參數(shù)對電路性能容差的影響，并根據(jù)分析結果提出相應的改進措施。

電性能參數(shù)發(fā)生變化的原因

電路性能參數(shù)發(fā)生變化的主要現(xiàn)象有：性能不穩(wěn)定，參數(shù)發(fā)生漂移，退化等，造成這些現(xiàn)象的原因有以下三種：

1)組成電路的元器件參數(shù)存在著公差

電路設計時通常只采用元器件參數(shù)的標稱值進行設計計算，忽略了參數(shù)的公差。而元器件的實際參數(shù)值并不一定是標稱值，因此原有的計算必然會引起偏差。如標稱值為1000?，精度為±10%的電阻，其實際阻值可能在900?~1100?范圍內(nèi)，此時根據(jù)標稱值確定的電路性能參數(shù)實際上會出現(xiàn)參數(shù)偏差。這種原因產(chǎn)生的參數(shù)偏差是固定的。

2)環(huán)境條件的變化產(chǎn)生參數(shù)漂移

環(huán)境溫度、相對濕度的變化、電應力的波動，會使電子元器件參數(shù)發(fā)生變化，在設備工作過程中各種干擾會引起電源電壓波動，從而使電源電壓和元器件參數(shù)的實際值變化，偏離標稱值，產(chǎn)生漂移。漂移之后的元器件參數(shù)就可能會使電路性能參數(shù)超出允許范圍。這種原因產(chǎn)生的偏差在多種情況下是可逆的，即隨條件而改變，參數(shù)可能恢復到原來的數(shù)值。

3)退化效應

很多電器產(chǎn)品在長期的使用過程中，隨著時間的累積，元器件參數(shù)會發(fā)生變化。這種原因產(chǎn)生的偏差是不可逆的。

通常元器件包含哪些變異因數(shù)呢？通過經(jīng)驗總結，我們可以知道：

–Initialtolerance

–TemperatureCoefficient of Resistance

–LoadLife Stability (Aging)

–ShortTime Overload

–Effectsof Soldering

–TemperatureCycling

–MoistureResistance (Humidity Exposure)

–LowTemperature Operation

–HighTemperature Operation

–TerminalStrength-Bend (Manufacturing Associated Stress)

–ThermalShock

–Vibration

容差分析程序

1、確定待分析電路

根據(jù)電路的重要性、經(jīng)費與進度等限制條件以及FMEA或其他分析結果來確定需要進行容差分析的關鍵電路。主要有：

·嚴重影響產(chǎn)品安全的電路；

·嚴重影響功能實現(xiàn)的電路；

·價格昂貴的電路；

·采購或制作困難的電路；

·需要特殊保護的電路。

2、明確電路設計的有關基線（Baseline）

電路設計的基線包括：

·被分析電路的功能和使用壽命；

·電路使用的環(huán)境應力條件（或環(huán)境剖面）；

·元器件參數(shù)的標稱值、偏差值和分布；

·電源和信號源的額定值和偏差值；

·電路接口參數(shù)。

3、電路分析

對電路進行分析，得出在各種工作條件下及工作方式下電路的性能參數(shù)、輸入量和元器件參數(shù)之間的關系。

4、容差分析

a)根據(jù)已確定的待分析電路的具體要求和條件，適當選擇一種具體分析方法；

b)根據(jù)已明確的電路設計的有關基線按選定的方法對電路進行容差分析，求出電路性能參數(shù)偏差的范圍，找出對電路性能影響敏感較大的參數(shù)并進行控制，使電路滿足要求。

5、分析結果判別

把容差分析所得到的電路性能參數(shù)的偏差范圍與規(guī)定偏差要求相比較，比較結果分兩種情況：

a)符合要求，結束分析。

b)若不符合要求，則需要修改設計（重新選擇電路組成部分參數(shù)或其精度等級或更改原電路結構）。設計修改后，仍需進行容差分析，直到所求得的電路性能參數(shù)的偏差范圍滿足偏差要求為止。

最壞情況分析法（Worstcase analysis）

最壞情況分析法是分析在電路組成部分參數(shù)最壞組合情況下的電路性能參數(shù)偏差的一種非概率統(tǒng)計法。它利用已知元器件參數(shù)變化極限來預計電路性能參數(shù)變化是否超過允許范圍。在預計電路性能參數(shù)變化范圍內(nèi)，元器件參數(shù)的變化取決于它們的上、下極限值。如果預計的電路性能參數(shù)在規(guī)定的范圍，就可以確信該電路有較高的穩(wěn)定性。如果預計值超出了規(guī)定的允許變化范圍，就可能發(fā)生漂移故障。最壞情況分析法可以預測某個電路是否發(fā)生漂移故障，并提供改進的方向，但是不能確定發(fā)生這種故障的概率。

Example: The following example illustrates a reprehensive calculation for deterring the worst case minimum and maximum values for a1200μf CLR capacitor.

Worst Case Minimum(RSS)=-48-22.4=-70.4%

Worst Case Maximum (RSS)=+29+22.4=+51.4%

Worst Case MinimumCapacitance(RSS) = 1200μf -1200μf (0.48+0.224) =355.2 μf

Worst Case MaximumCapacitance(RSS) = 1200μf +1200μf (0.298+0.224) =1816.8 μf

蒙特卡洛仿真分析（MonteCarlo Analysis）

上面提到單純的最壞情況分析法不能確定發(fā)生這種故障的概率，如果利用蒙特卡洛仿真則能有效的解決這個問題。蒙特卡洛分析法針對電路在最壞情況下的性能提供最真實可行的風險評估。根據(jù)元器件參數(shù)變化范圍產(chǎn)生隨機數(shù)進行穩(wěn)態(tài)電路模擬，通常需要隨機產(chǎn)生至少需要5000個數(shù)據(jù)以上.在產(chǎn)生隨機數(shù)之前，我們必須知道所分析電路的功能方程式.然后把這些隨機帶入方程式，利用Minitab計算出輸出電壓值。最后計算出這組數(shù)據(jù)的Cpk 和Ppk。

當Cpk和Ppk在95%置信度水準下大于1.33時，我們認為設計符合要求。這里有一點需要特別提出的是，在計算Cpk和Ppk時必須首先要跟設計人員確認好輸出值的公差范圍。