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電路板可靠性設計：與組件有關
每當您設計好的產品時，始終存在可靠性問題。如果要使客戶滿意，新板必須具有最長的使用壽命。如果您正要在組件額定值的邊緣進行設計，那么您可能正在無法判斷電路板的可靠性和使用壽命。但是，您可以采用統計方法進行設計，以確保您的組件不會過分驅動，這可以防止它們過早失效。
有一些用于這種類型分析的常用技術。一種可靠的技術是一種可靠的概率設計，其中將組件公差和電功率變化表述為概率分布。這使您可以確定組件被過度驅動的機會，從而縮短其壽命。當我們考慮非線性分量時，情況不太清楚，需要從概率論中獲得一些見解。
不同電路中可靠性的概率設計
所有組件都具有一定的公差等級；這些通常以絕對百分比或與標稱值的偏差形式指定。被動元件在額定元件值上有一些規定的公差，通常為1％，5％或10％。這些容差可能會改變系統其他部分的標稱電氣性能，因此有可能會導致另一個組件被過度驅動。
根據其容差的概率分布來表示設計的電性能是為時不變電路保留的一項技術。這些電路可以是線性或非線性的，但對時間不變性的要求很重要。一旦我們允許電路的某些方面隨時間變化，就需要回答連續獨立性和對歷史系統行為的條件依賴性的問題。在非線性反饋回路和控制回路中對此類行為進行建模仍然是一個活躍的研究主題，無論是在數學上還是在實驗上。
對于您將遇到的絕大多數系統，您只需要考慮線性和非線性電路行為，以及該行為與組件被過度驅動的可能性之間的關系。一旦確定了特定組件中可能的電壓，電流或功率值的范圍，就可以了解該組件是否會過驅動。
可靠性設計的概率設計：該曲線顯示了某個組件被驅動到其絕對最大電壓以上的概率（在該曲線的黃色陰影部分顯示）。
在上圖中，藍色曲線顯示了電路中特定組件上可能的電壓分布。綠線表示組件上的平均（即預期）電壓，紅線表示組件上的最大額定電壓。黃色區域顯示將導致組件過驅動的所有可能電壓值。在此，曲線下方的面積告訴您組件被過度驅動的概率為18.5％。
這個簡單的例子應該說明可靠性分析的重要性。系統的壽命比其額定壽命短的可能性為18.5％。另一種思考的方式是這樣的：離開工廠的成品設備中大約有五分之一會提前失效。對于關鍵任務電子系統，這種高故障率是不可接受的。
有兩種方法可以解決此問題：
對于上述組件，您可能希望使用絕對最大額定電壓更高的組件。可以對任何其他組件做出相同的陳述。
對于系統中的上游組件，解決方案是使用公差更嚴格的組件。這將使組件看到的可能電壓的分布更窄，從而減少了過驅動和故障的機會。
了解公差與非線性電路之間的關系是通過概率設計提高可靠性的重要的下一步。
線性與非線性電路的容差
即使您的電路是純線性的，組件的公差和它們產生的電性能也不會始終呈線性比例。這是因為分量值的方差是正交的。考慮集總電路（例如，分壓器或匹配網絡）產生的電氣行為時，沒有用于組合方差的特定規則。
非線性電路也是如此。飽和（例如，在晶體管中）將減小方差對電輸出的影響，而諸如非線性放大器或二極管之類的組件會增加它。這也使得很難確定實際非線性電路中容差的影響。
下面顯示了非線性電路中可能發生的情況的一個示例。此處，左圖顯示了市售27歐姆電阻器的公差值范圍。非線性電路可以根據電路的性質將此正態分布轉換為非正態分布。結果，在特定組件上產生的電壓會更長一些。