Análisis del circuito en el peor de los casos
El análisis de circuitos en el peor de los casos (WCCA o WCA) es un medio rentable de evaluar un diseño para garantizar con un alto grado de confianza que los posibles defectos y deficiencias se identifiquen y eliminen antes y durante la prueba, la producción y la entrega.
Se trata de una evaluación cuantitativa del rendimiento del equipo, que tiene en cuenta los efectos de fabricación, ambientales y de envejecimiento. Además de un análisis de circuito, un WCCA a menudo incluye análisis de estrés y reducción de potencia , modos de falla y criticidad de efectos ( FMECA ) y predicción de confiabilidad ( MTBF ).
El objetivo específico es verificar que el diseño sea lo suficientemente robusto para proporcionar una operación que cumpla con las especificaciones de rendimiento del sistema durante la vida útil del diseño en las peores condiciones y tolerancias (inicial, envejecimiento, radiación, temperatura, etc.).
El análisis de tensión y reducción de potencia tiene como objetivo aumentar la confiabilidad al proporcionar un margen suficiente en comparación con los límites de tensión permitidos. Esto reduce las condiciones de sobretensión que pueden inducir fallas y reduce la tasa de cambio de parámetros inducidos por tensión a lo largo de la vida útil. Determina la tensión máxima aplicada a cada componente del sistema.
información general
Se debe realizar un análisis de circuito en el peor de los casos en todos los circuitos que sean críticos desde el punto de vista financiero y de seguridad. El análisis de circuito en el peor de los casos es una técnica de análisis que, al tener en cuenta la variabilidad de los componentes, determina el rendimiento del circuito en el peor de los casos (en condiciones ambientales o de funcionamiento extremas). Las condiciones ambientales se definen como las tensiones externas aplicadas a cada componente del circuito. Incluyen temperatura, humedad o radiación. Las condiciones de funcionamiento incluyen entradas eléctricas externas, nivel de calidad del componente, interacción entre piezas y deriva debido al envejecimiento del componente.
WCCA ayuda en el proceso de incorporar confiabilidad de diseño en el hardware para operaciones de campo a largo plazo. Las piezas electrónicas fallan de dos modos distintos:
Límites fuera de tolerancia : mediante esto, el circuito continúa funcionando, aunque con un rendimiento degradado, y en última instancia excede los límites operativos requeridos del circuito.
Las fallas catastróficas se pueden minimizar mediante análisis de MTBF , estrés y reducción de potencia, y FMECA que ayudan a garantizar que todos los componentes estén correctamente reducidos, así como que la degradación se esté produciendo "con gracia".
Un WCCA le permite predecir y juzgar los límites de rendimiento del circuito bajo todas las combinaciones de tolerancias medias.
Existen muchas razones para realizar WCCA. A continuación, se indican algunas que pueden afectar el cronograma y el costo.
| Necesidad | Razón |
|---|---|
| Verificación y confiabilidad del diseño | Verifica el funcionamiento del circuito y cuantifica los márgenes operativos sobre las tolerancias de las piezas y las condiciones de funcionamiento: ¿el circuito realizará sus funciones y cumplirá con las especificaciones?/WCCA cuantifica el riesgo |
| Mejorar el rendimiento del circuito: determina la sensibilidad de los componentes a ciertas características o tolerancias para optimizar/comprender mejor un diseño y lo que impulsa el rendimiento. | |
| Verifica que un circuito interactúe con otro diseño correctamente | |
| Determina el impacto de fallas de piezas o modos fuera de tolerancia. | |
| Reducción de costos de pruebas | Evaluar aspectos de rendimiento que son difíciles, costosos o imposibles de medir (es decir, determinar el impacto del estímulo de entrada y la carga de salida para no dañar el hardware) |
| Ayuda a establecer límites de ATP | |
| Verifica los ajustes de selección en prueba y si son necesarios/cuáles deberían ser sus límites | |
| Reduce la cantidad y el alcance de las pruebas. | |
| Evaluación de piezas | Determina si las piezas son adecuadas para el uso previsto (son demasiado baratas, demasiado caras, tienen las características adecuadas) o si se puede utilizar una nueva tecnología. |
| Admite/establece parámetros críticos y requisitos de SCD/definiciones de detección | |
| Los modelos se pueden utilizar para realizar análisis de transitorios de evento único (SET) | |
| Reducción de riesgos de cronograma, costo o contractual | Reduce los giros del tablero: determina el impacto de los cambios de diseño o de piezas en etapas tardías |
| Verifica el impacto de los cambios en los circuitos heredados o reemplazos de piezas. | |
| Le permite obtener mejores tarifas de seguro o reducir las responsabilidades contractuales. | |
| El análisis le ayuda a evitar incidentes catastróficos o costosos |
Metodología
El análisis del peor de los casos es el análisis de un dispositivo (o sistema) que garantiza que el dispositivo cumple con sus especificaciones de rendimiento. Por lo general, se tienen en cuenta las tolerancias que se deben a la tolerancia inicial de los componentes, la tolerancia a la temperatura, la tolerancia al envejecimiento y las exposiciones ambientales (como la radiación en el caso de un dispositivo espacial). El análisis del comienzo de la vida útil comprende la tolerancia inicial y proporciona los límites de la hoja de datos para el ciclo de prueba de fabricación. El análisis del final de la vida útil proporciona la degradación adicional resultante de los efectos del envejecimiento y la temperatura en los elementos dentro del dispositivo o sistema.
Este análisis se realiza generalmente utilizando SPICE, pero se necesitan modelos matemáticos de circuitos individuales dentro del dispositivo (o sistema) para determinar las sensibilidades o el rendimiento en el peor de los casos. [1] Con frecuencia se utiliza un programa informático para totalizar y resumir los resultados.
Un WCCA sigue estos pasos:
- Generar/obtener modelo de circuito
- Obtener correlación para validar el modelo
- Determinar la sensibilidad a cada parámetro del componente
- Determinar las tolerancias de los componentes
- Calcular la varianza de cada parámetro del componente como sensibilidad por tolerancia absoluta
- Utilice al menos dos métodos de análisis (por ejemplo, análisis manual y SPICE o Saber, SPICE y datos medidos) para asegurar el resultado.
- Generar un informe formal para transmitir la información producida
El diseño se divide en las secciones funcionales correspondientes. Se desarrolla un modelo matemático del circuito y se aplican los efectos de las distintas tolerancias de las piezas y del sistema. Se determinan los resultados de EVA y RSS del circuito para los estados de inicio y fin de vida útil.
Estos resultados se utilizan para calcular las tensiones de las piezas y se aplican a otros análisis. Para que el WCCA sea útil durante todo el ciclo de vida del producto, es extremadamente importante que el análisis se documente en un formato claro y conciso. Esto permitirá futuras actualizaciones y revisiones por parte de personas distintas del diseñador original. Se genera una matriz de cumplimiento que identifica claramente los resultados y todos los problemas.
Referencias
- ^ "Evaluación del desempeño de filtros activos en el peor de los casos, utilizando ideas de control robusto" (PDF) . Diciembre de 2010. Consultado el 20 de septiembre de 2023 .
Enlaces externos
- Comparación simple de diferentes métodos de WCCA: DOI: 10.13140/RG.2.2.13287.75689
- Mil-Std 785B tiene una sección corta sobre WCCA
- ¿Por qué realizar un análisis del peor de los casos?
- Taller de mejora de la garantía de la misión de Aerospace Corporation: Análisis de circuitos en el peor de los casos de diseño eléctrico: directrices y borrador de norma (REV A) (MAIW), TOR-2013-00297
- Cooperación europea para la estandarización espacial, véase Análisis del rendimiento del circuito en el peor de los casos: ECSS-Q-30-01A y ECSS-Q-HB-30-01A y Confiabilidad ECSS-Q-ST-30C
