Là thiết kế mạch dựa trên giá trị tối thiểu / tối đa thực hành tốt?

Hết lần này đến lần khác tôi đang tranh cãi với một đồng nghiệp của tôi về câu hỏi trên. Khi tôi thiết kế một mạch để sản xuất hàng loạt (> 10k / a) tôi muốn làm cho nó mạnh mẽ chống lại mọi biến thể có thể có của các tham số thành phần mà tôi biết. Điều này có nghĩa là ví dụ:

• Các thông số BJT như VBE, mức tăng hiện tại, vv so với độ lệch và nhiệt độ
• Dung sai, phụ thuộc nhiệt độ, lão hóa và hàn trôi của thụ động
• Tuổi thọ của các thành phần

Hơn nữa, tôi coi bất kỳ vi phạm xếp hạng tối đa tuyệt đối trong điều kiện hoạt động bình thường là không thể chấp nhận.

Theo tôi hiểu, đồng nghiệp của tôi, anh ta chỉ coi đó là một công việc vô ích để quan tâm đến ký sinh trùng và những thứ tương tự. Chỉ cần đặt tất cả lại với nhau và thử nếu nó hoạt động, đó là nó. Đặt một số mảnh vào buồng nhiệt, làm già chúng và nếu chúng vẫn hoạt động sau đó thì bạn đã hoàn thành. Anh ta có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế các thiết bị điện tử thương mại hơn tôi, nhưng tôi thực sự không thích cách tiếp cận như vậy. Tôi tin chắc rằng là một kỹ sư, tôi nên nghĩ về bất kỳ phần nào của mạch trước khi tôi xây dựng nó lần đầu tiên.

Là cách tiếp cận của tôi chỉ là sự cầu toàn bệnh hoạn hoặc có cái gì đó hợp lý? Tôi đã phát hiện ra rằng rất nhiều nhà thiết kế điện tử không quan tâm đến thiết kế mạnh mẽ ...

Kỹ thuật không chỉ là tạo ra các thiết kế mạnh mẽ, mà còn là tạo ra một thiết kế đáp ứng một số thông số kỹ thuật. Thông thường các nhà thiết kế trẻ không hiểu đầy đủ rằng các yếu tố kinh tế là một phần của đặc điểm kỹ thuật . Vấn đề là đôi khi những yếu tố kinh tế đó không được chỉ định rõ (thường là lỗi của quản lý), nhưng một nhà thiết kế giỏi có thể sẽ xem xét các khía cạnh phi kỹ thuật trong các thiết kế của mình, chẳng hạn như:

• Chi phí liên quan đến BOM: ai quan tâm nếu 1% đơn vị thất bại trong lĩnh vực này nếu việc gửi một cái mới cho khách hàng sẽ kinh tế hơn thay vì làm cho tất cả chúng đáng tin cậy hơn!

• Thời gian để thị trường: ai quan tâm nếu các đơn vị đáng tin cậy hơn nếu đối thủ cạnh tranh của chúng tôi vận chuyển trước một tháng!

• Lỗi thời có kế hoạch: (buồn, và không thân thiện với môi trường, nhưng thường là như vậy): tại sao chúng ta muốn vận chuyển các đơn vị có thể tồn tại trong 20 năm nếu chúng ta tiếp thị chúng để có thể làm việc trong 5 (và chúng ta đã làm cho giá thấp hơn điểm cho điều đó)?!?

• v.v.

Tất cả điều này phụ thuộc vào lĩnh vực mà thiết kế bạn đang tạo được nhắm mục tiêu, tất nhiên. Nếu bạn nhắm vào một thị trường mà một thất bại duy nhất có thể phải trả giá (nói là máy khử rung tim mới), bạn sẽ áp dụng các mức an toàn cao hơn cho thiết kế của mình (và trong một số trường hợp, bạn sẽ buộc phải làm điều đó, theo một số trường hợp, theo tiêu chuẩn an toàn bắt buộc).

Thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn là tốt, ví dụ, nếu bạn đang thiết kế một bảng quan trọng cho nhiệm vụ thăm dò không gian cho nhiệm vụ ~ 1G $ cho Sao Diêm Vương. Trong trường hợp đó, bạn thực sự muốn thấy trước những điều không lường trước được và kiểm tra cho bất kỳ điều nhỏ nhặt nào có thể đi sai. Nhưng điều này là đối trọng, về mặt kinh tế, bởi nguy cơ bị NASA kiện (hoặc sa thải) vì mã MCU xảo quyệt của bạn khiến tất cả nhiệm vụ trở nên tồi tệ!

Tóm lại, các nhà thiết kế thành công có kinh nghiệm biết cách quản lý tất cả các yếu tố kinh tế này. Tất nhiên một số người trong số họ thực sự thông minh và thực sự hiểu tất cả các cân bằng tinh tế cần thiết để đưa dự án thành công (có thể là Apple iMostUslessMuchHypedphone mới hoặc công cụ tốt nhất để phát hiện vi khuẩn trên sao chổi). Một số người khác, đáng kinh ngạc nhưng có thật, chỉ là may mắn và tìm đúng chỗ thích hợp trong đó "Nguyên mẫu có hoạt động sau khi bị ngược đãi một chút không? Ok! Hãy gửi nó!" thần chú hoạt động tốt!

BTW, một nhà thiết kế giỏi nên luôn cảnh giác với những yêu cầu mà anh ta đưa ra. Đôi khi mọi người cung cấp cho bạn thông số kỹ thuật không thực sự biết họ muốn gì hoặc cần gì. Ngay cả giao tiếp giữa người thiết kế và khách hàng (hoặc quản lý) cũng có thể gây hiểu nhầm. Ví dụ: nếu khách hàng yêu cầu trạm đo áp suất có thể điều khiển từ xa có thể hoạt động tốt trong mùa đông, thì việc anh ta đến từ Alaska hoặc từ Ả Rập Saudi có vấn đề gì không ? Một nhà thiết kế giỏi nên tìm ra các thông số kỹ thuật với khách hàng, nếu anh ta ở vị trí cần làm và một nhà thiết kế thành công thường có thể đặt câu hỏi đúng để đưa ra các thông số kỹ thuật thực tế của thiết kế để làm cho khách hàng hài lòng.

Tôi có thể hiểu rằng đối với một số kỹ sư, việc thuyết phục tất cả các chi tiết, đặc biệt là đối với một số cá nhân đam mê thực sự yêu thích việc tạo ra những thứ hoạt động tốt. Bản thân nó không phải là một lỗi, nhưng điều quan trọng là phải hiểu rằng khả năng tạo ra sự đánh đổi là một phần của kỹ thuật. Với kinh nghiệm khả năng này sẽ cải thiện, đặc biệt nếu bạn làm việc cùng với các nhà thiết kế cao cấp giỏi.

Bạn cũng có thể khám phá ra rằng bạn làm việc cho một nhà tuyển dụng với tiêu chuẩn quá thấp so với sở thích của bạn và điều này có thể thúc đẩy bạn tìm kiếm một công việc khác. Nhưng điều này nên được thực hiện sau khi bạn có thêm một chút kinh nghiệm và tìm hiểu một số mánh khóe trong giao dịch và khiến bạn "thèm ăn" hơn cho một nhà tuyển dụng tốt hơn.

Tôi với bạn 100%. Điều đó nói rằng, có những điều (ví dụ như HFE) mà bạn phải tin tưởng rằng mọi thứ không quá phức tạp giữa (nói) hai điểm được bảo đảm và không có gì trong vật lý và đường cong điển hình sẽ gợi ý bất kỳ loại hành vi kỳ lạ nào.

Nếu bạn sử dụng phương pháp thử và thực sự có thể là cách thực tế để đối phó với những kẻ ăn bám phức tạp nói, thì ít nhất hãy tìm hiểu xem bạn có thể gặp thảm họa bao xa bằng cách kiểm tra giới hạn hoặc lề pha, v.v. đuợc.

Vấn đề với cách tiếp cận ung dung là nếu bạn không biết về điều gì đó như lão hóa opt optpler hoặc một số loại trôi dạt hoặc các hiệu ứng dài hạn khác và bạn bắt đầu nhận 10% thất bại sau một hoặc hai năm. Hoặc bạn kết thúc với tỷ lệ giảm 5% hoặc 10% vì một số thành phần điển hình hơn các thành phần khác và 5-10% số người không bị thất bại sau đó trong lĩnh vực này trong điều kiện khó tái tạo.

Tôi vẫn chưa bị bỏng bởi một rủi ro mà tôi đã thực hiện bằng cả hai mắt được đánh giá, kiểm tra và xem xét, ngay cả khi bộ phận nằm ngoài các điều kiện hoạt động được đề nghị hoặc mục đích sử dụng. Nó luôn luôn là một cái gì đó không được xem xét và đi ra khỏi lĩnh vực trái. Suy nghĩ về tất cả những điều có thể sai lầm là cách bạn có thể giảm thiểu những vấn đề đó. Ngay cả khi họ không phải là 'lỗi của bạn'. Một số trong số chúng là những thứ cấp hệ thống không liên quan gì đến thiết kế. Ví dụ, nguồn cung cấp bật và tắt 5x trong 2 giây không nên thất bại, nhưng điều đó có thể không có trong thông số kỹ thuật nên có thể không được thiết kế hoặc thử nghiệm.

Vi phạm xếp hạng tối đa tuyệt đối hầu như luôn là một ý tưởng thực sự tồi tệ, ngay cả ở các góc xa của không gian thiết kế (nhiệt độ môi trường tối đa, tải tối đa, điện áp đầu vào tối đa, thông gió tối thiểu, v.v.). Có thể có một vài trường hợp kỳ quặc mà nó có thể được biện minh. Một số sản phẩm chỉ phải hoạt động một lần, ví dụ.

Đối với cách tiếp cận ngược lại, xem Muntzing . Doanh số bỏ qua tụ điện chắc chắn sẽ giảm mạnh nếu điều đó được chấp nhận thực tế.

Tôi sẽ làm một phân tích trường hợp xấu nhất về các mạch trong đó các giá trị thành phần có thể có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của mạch; ví dụ mức tăng của op-amp trong đó mức tăng đó rất quan trọng đối với mạch tiếp theo được kết nối với đầu ra của op-amp. Và tôi sẽ thực hiện phân tích tương tự cho một nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi để tôi có thể mong đợi (các) điện áp nằm trong giới hạn dự kiến. (Chủ yếu là một nhà thiết kế kỹ thuật số, op-amps và nguồn cung cấp năng lượng là giới hạn của chuyên môn tương tự của tôi.) LTSpice có thể được sử dụng để thực hiện phân tích như vậy. Nhưng tôi không quan tâm đến dung sai của điện trở kéo lên chẳng hạn; nó không thể được dự kiến ​​sẽ thay đổi đủ để tạo ra sự khác biệt.

Mặc dù không được đề cập trong câu hỏi, loại phân tích này đôi khi cũng quan trọng để được thực hiện cho các thiết kế kỹ thuật số. Bảng dữ liệu cho hầu hết các IC kỹ thuật số bao gồm thời gian tối thiểu và tối đa cho các tham số khác nhau như thời gian thiết lập và giữ. Khi kết hợp các IC khác nhau lại với nhau, đôi khi các biến thể thời gian trong các chip khác, bao gồm cả độ trễ lan truyền sẽ gây ra vấn đề trong việc đáp ứng các yêu cầu về thời gian này. Đặc biệt, tôi đã gặp phải những vấn đề như thế này khi giao thoa với ký ức.

Re chủ đề của sự lạc hậu theo kế hoạch, điều này đôi khi cần thiết vì lý do kinh tế. Ví dụ, pin Li-Poly có thể có tuổi thọ dự kiến ​​chỉ ba hoặc bốn năm. Bạn có cung cấp một cách để khách hàng thay đổi pin? Hoặc bạn có giữ nó trong hộp kín, giống như Apple làm với iPhone của họ, nơi pin chỉ có thể được thay đổi tại một trong các cửa hàng của họ (trừ khi khách hàng đã mua một công cụ bí mật và theo dõi video trên YouTube).

Một ví dụ khác là modem di động. Cách đây vài năm, khi làm việc trong một dự án chỉ sử dụng modem di động để truyền dữ liệu, một quyết định đã được đưa ra với modem 2G thay vì 3G, mặc dù chúng tôi biết rằng 2G sẽ bị loại bỏ. Lý do là modem 2G có giá chỉ bằng một nửa so với 3G. Chúng tôi đã tìm thấy một nhà mạng hứa rằng 2G sẽ có sẵn từ họ trong suốt vòng đời dự kiến ​​của thiết bị.

Tôi nghĩ rằng chiến lược tốt nhất để tuân theo phụ thuộc vào loại sản phẩm bạn thiết kế. Nếu đó là một cái gì đó đơn giản và không quan trọng, chỉ cần thực hiện một mạch trên biểu dữ liệu của IC. Sau đó, có lẽ cách tiếp cận của đồng nghiệp của bạn là đủ tốt. IC và các thành phần khác được đảm bảo hoạt động trên những gì được chỉ định. Không cần nhiều cho một kiểm tra thêm.

Nhưng nếu (ví dụ) bạn đang thiết kế một tham chiếu điện áp rất chính xác mà không sử dụng IC cho điều đó thì tất cả những điều bạn đề cập trở nên quan trọng hơn vì các biến thể sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất.

Nhưng nếu bạn thiết kế theo cách "thông minh" thì bạn có thể bù lại nhiều thứ. Ví dụ, VBE của một BJT, trong thiết kế vi mạch, chúng tôi sử dụng gương hiện tại ở mọi nơi, vì bóng bán dẫn đầu vào và đầu ra được chế tạo trong cùng một bước chế tạo, chúng gần giống nhau và sự khác biệt trong VBE không quan trọng lắm. Trong một thiết kế riêng biệt (ngoài chip), bạn có thể sử dụng opamp để tạo ra một chiếc gương hiện tại chính xác. Chỉ cần sử dụng điện trở chính xác và một opamp bù thấp chẳng hạn. Một gương hiện tại có thể được thực hiện chính xác hơn bằng cách sử dụng các điện trở bộ phát chẳng hạn hoặc thực hiện mạch bù dòng cơ sở.

Với kinh nghiệm bạn có thể nhận ra những phần quan trọng từ ít quan trọng hơn. Nhưng nếu bạn không biết (không có kinh nghiệm) thì việc điều tra độ nhạy cảm với các biến thể bây giờ sẽ cho bạn một ý tưởng.

Tôi nghĩ mánh khóe là giữ một thái độ thực tế và đưa các biến thể vào quan điểm: cái gì quan trọng, cái gì không? Nơi nào tôi cần một cuộc điều tra đầy đủ, và nơi nào không cần thiết.

Nó phụ thuộc vào mức độ mạnh mẽ mà bạn cần thiết kế.

Kỹ thuật là tất cả về sự đánh đổi. Nếu bạn muốn thiết kế trở nên mạnh mẽ tối đa, thì cách tiếp cận của bạn là chính xác.

Tôi sẽ đi xa hơn và áp dụng một yếu tố mờ nhạt ngoài các giá trị tối thiểu / tối đa của biểu dữ liệu, trừ khi bạn biết nhiều về cách nhà sản xuất đến các giá trị đó.

Nhưng làm điều đó có một chi phí - bằng tiền, trong nỗ lực có thể được dành cho những thứ khác, kịp thời để tiếp thị. Không phải mọi thiết kế cần phải mạnh mẽ.

Nếu bạn đang thiết kế một quả bom nguyên tử (và bạn muốn thực sự chắc chắn rằng nó không bị tắt do tai nạn), hoặc máy khử rung tim, hoặc đầu dò không gian, những chi phí đó có thể đáng để chịu.

Nếu bạn đang thiết kế một món đồ chơi tamagouchi sẽ được bán với giá 5 đô la, có lẽ là không.

Ở một mức độ nào đó, đồng nghiệp của bạn là đúng - vì nhiều mục đích, một thiết kế bảo thủ nhắm vào phạm vi giữa các tham số sẽ hoạt động tốt 99,99% thời gian mà không cần phải phân tích và thử nghiệm rộng rãi.

Nếu thất bại trong 0,01% trường hợp là chấp nhận được, thì tốt thôi. Có thật không.

Bạn cần đánh giá sự đánh đổi giữa chi phí tối ưu hóa thiết kế và những gì bạn nhận được để đổi lấy nó.

Tất cả các câu trả lời bạn đã nhận được là rất tốt. Tuy nhiên, có một khía cạnh khác mà tôi cảm thấy chưa được giải quyết. Của bạn và của công ty bạn uy tín . Trong trường hợp của tôi, tôi thích "lỗi" hơn về phía "sự mạnh mẽ". Lý do là tôi sẽ có được danh tiếng trong việc thiết kế các mạch hoạt động đáng tin cậy trong các điều kiện khác nhau và công ty của tôi sẽ có tiếng là cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy. Tất cả (hầu hết) các cân nhắc khác, tôi sẽ để lại cho người quản lý / giám sát của tôi.
Nếu thiết kế của tôi quá đắt, hoặc sẽ mất quá nhiều thời gian để xây dựng và thử nghiệm, tôi sẽ để người quản lý của mình "đẩy lùi" tôi và bảo tôi sửa đổi thiết kế để nó có giá thấp hơn hoặc hoàn thành sớm hơn, v.v. Vì vậy, có sử dụng giá trị tối thiểu / tối đa là một thực hành tốt .

Thiết kế một thiết bị sẽ hoạt động nếu các thành phần có bất kỳ sự kết hợp nào của các hành vi được cho phép bởi bảng dữ liệu của chúng là một cách thực hành tốt khi nó thực tế. Thật không may, nhiều bảng dữ liệu không chỉ định hành vi của thiết bị với đủ chi tiết để làm cho điều đó khả thi.

Một ví dụ đơn giản, giả sử người ta lấy 74HC374 và dây đầu ra trực tiếp Q0-Q5 cho đầu vào D2-D7, với mục đích sử dụng nó làm thanh ghi dịch chuyển 2x4 bit. Thiết kế như vậy là phổ biến và làm việc tốt trong thực tế. Tuy nhiên, một bảng dữ liệu thông thường sẽ chỉ định rằng một thiết bị có thời gian lan truyền tối thiểu là 0ns (có nghĩa là đầu ra có thể thay đổi ngay lập tức theo cạnh đồng hồ) và thời gian giữ tối thiểu là 2ns (có nghĩa là hành vi của thiết bị không được đảm bảo nếu đầu vào thay đổi trong vòng 2ns của cạnh đồng hồ). Trong thực tế, một thiết bị mà bất kỳ đầu vào nào cũng có thể gặp trục trặc nếu nó thay đổi 2ns sau khi cạnh đồng hồ không có khả năng có đầu ra thay đổi nhanh hơn thế, nhưng không có gì trong biểu dữ liệu đảm bảo điều đó. Về lý thuyết, người ta có thể đảm bảo hành vi mạch chính xác bằng cách thêm một mạch trì hoãn RC trên mỗi đầu ra trước khi nó đưa trở lại đầu vào tiếp theo,

Tôi không chắc có lý do cụ thể nào mà các nhà sản xuất thường không cung cấp đủ thông tin để đảm bảo hành vi của thiết bị chính xác hay không (ví dụ: bằng cách xác định rằng thời gian lan truyền nhanh nhất của bất kỳ thiết bị nào, được đo từ khi đồng hồ tăng trên VIL, sẽ vượt quá ít nhất là __ns lâu hơn thời gian giữ của thiết bị chậm nhất trong lô, được đo từ khi đồng hồ tăng trên VIH), nhưng chúng thường không; trong khi có thể thêm mạch bổ sung để đảm bảo hành vi chính xác trong tất cả các kết hợp tham số, làm như vậy đôi khi có thể tăng gấp đôi chi phí của mạch liên quan.