최소 / 최대 값을 기반으로 한 회로 설계가 모범 사례입니까?

몇 번이고 나는 위의 질문에 대해 나의 동료와 논쟁하고 있습니다. 대량 생산 용 회로 (> 10k / a)를 설계 할 때 내가 아는 모든 구성 요소 매개 변수의 변형에 대해 견고하게 만들고 싶습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• VBE, 전류 게인 등과 같은 BJT 파라미터 대 바이어스 및 온도
• 패시브의 공차, 온도 의존성, 노화 및 납땜 드리프트
• 구성품 수명

또한 정상적인 작동 조건에서 절대 최대 정격을 위반하면 허용되지 않는 것으로 간주합니다.

내 동료를 이해하면서 그는 기생충 등을 걱정하는 것이 쓸모없는 사업으로 간주됩니다. 모두 함께 넣고 작동하면 시도해보십시오. 열실에 일부 조각을 넣고 노화시킨 후에도 여전히 작동하면 완료됩니다. 그는 내가하는 것보다 상업용 전자 장치를 설계하는 데 더 많은 경험을 가지고 있지만 실제로는 그런 접근법을 좋아하지 않습니다. 엔지니어로서 처음으로 회로를 구성하기 전에 회로의 일부에 대해 생각 했어야한다고 확신합니다.

내 접근 방식이 병에 걸린 완벽주의입니까? 아니면 합리적인 것입니까? 나는 많은 전자 디자이너들이 견고한 디자인에 관심이 없다는 것을 이미 발견했습니다 ...

엔지니어링은 견고한 디자인을 만드는 것이 아니라 일부 사양을 충족하는 디자인을 만드는 것입니다. 일반적으로 젊은 디자이너는 경제 요인 이 사양의 일부 라는 것을 완전히 이해하지 못합니다 . 문제는 때때로 이러한 경제적 요소가 명확하게 명시되어 있지 않은 경우가 많으며 (보통 경영진의 잘못 임), 훌륭한 디자이너는 그의 디자인에서 다음과 같이 엄격히 기술적 인 측면도 고려할 것으로 예상됩니다.

• BOM 관련 비용 : 모든 부품의 신뢰성을 높이는 대신 고객에게 새로운 부품을 운송하는 것이 더 경제적 인 경우 현장의 1 %가 현장에서 실패 할 경우 누가 신경 써야합니까!

• 시장 출시 시간 : 누가 경쟁 업체가 한 달 전에 물건을 배송 할 경우 더 신뢰할 수 있는지 걱정합니다!

• 노후화 계획 : (슬프고 환경 친화적이지 않지만 일반적으로 다음과 같이 진행됨) : 5 년 동안 일할 수 있다고 마케팅 한 경우 20 년 동안 지속될 수있는 유닛을 배송해야하는 이유는 무엇입니까? 그 점을 지적)?!?

• 기타

이 모든 것은 물론 제작하려는 디자인의 대상 분야에 따라 다릅니다. 단 한 번의 고장으로 수명이 단축 될 수있는 시장 (예 : 새로운 제세 동기)을 목표로 할 경우 설계에 더 많은 안전 마진을 적용해야합니다 (일부 경우 필수 안전 표준에 따라 강제로 적용해야 함).

예를 들어 Pluto에 ~ 1G $ 미션을위한 우주 탐사선 용 미션 크리티컬 보드를 설계하는 경우보다 엄격한 사양이 좋습니다. 이 경우에는 예측할 수없는 예측할 수없는 실수를 미리 테스트하고 싶을 것입니다. 그러나 이것은 NASA에 의해 고소 또는 해고 될 위험 때문에 경제적으로 균형이 맞습니다.

다시 말해, 숙련 된 성공적인 디자이너는 이러한 모든 경제적 요소를 관리하는 방법을 알고 있습니다. 물론 그중 일부는 정말 똑똑하고 프로젝트를 성공시키는 데 필요한 모든 섬세한 균형을 실제로 이해합니다 (새로운 Apple iMostUselessMuchHypedphone 또는 혜성에서 박테리아를 탐지하기위한 최고의 도구 임). 놀랍지 만 사실 인 다른 사람들은 운이 좋으며 "약간 잘못 처리 한 후 프로토 타입이 작동합니까? 괜찮아요!" 만트라는 잘 작동합니다!

훌륭한 디자이너 인 BTW는 항상 자신에게 주어진 요구 사항에주의해야합니다. 때로는 사양을 제공하는 사람들이 원하는 것을 실제로 알지 못하는 경우가 있습니다. 디자이너와 클라이언트 (또는 관리) 간의 통신조차도 오해의 소지가 있습니다. 클라이언트가 겨울 동안 잘 작동 할 수있는 원격으로 제어 할 수있는 기압 역을 요청하면, 그것은 않습니다 그는 알래스카에서 사우디 아라비아에있는 경우,이 문제를! 좋은 디자이너는 클라이언트가 원하는 위치에있는 경우 사양을 해결해야하며, 성공적인 디자이너는 일반적으로 고객에게 만족을주기 위해 디자인 의 실제 사양 을 정리하는 올바른 질문을 할 수 있습니다 .

일부 엔지니어에게는 모든 세부 사항, 특히 잘 작동 하는 것을 만드는 것을 좋아 하는 열정적 인 개인을 위해 모든 세부 사항을 해결해야한다는 것을 이해할 수 있습니다. 그 자체로는 결함이 아니지만, 트레이드 오프를 수행하는 능력이 엔지니어링의 일부라는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 경험이 있으면이 능력이 향상 될 것입니다. 특히 선임 디자이너와 함께 일할 경우 더욱 그렇습니다.

당신은 또한 당신의 취향에 대해 너무 낮은 기준을 가진 고용주를 위해 일한다는 것을 알 수 있으며, 이것은 당신이 다른 직업을 찾도록 강요 할 수 있습니다. 그러나 이것은 당신이 조금 더 경험을 쌓고 거래의 몇 가지 트릭을 배우고 더 나은 고용주를 위해 더 "맛있어"하게 한 후에 이루어져야합니다.

나는 당신과 함께 100 %입니다. 즉, 보장 된 두 지점 사이에 너무 기발한 것이 아니며 물리 및 일반적인 곡선의 어떤 것도 이상한 행동을 제안하지 않는다는 것을 믿어야 할 것들이 있습니다 (예 : hFE).

복잡한 기생을 다루는 실질적인 방법 일 수있는 컷 앤 트리 (cut-and-try) 접근 방식을 사용한다면, 최소한 한계 나 위상 마진 등을 테스트하여 재난으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알아낼 수 있습니다. 괜찮아.

무심한 접근 방식의 문제점은 옵토 커플러 노화 또는 특정 종류의 드리프트 또는 기타 장기 효과에 대해 알지 못하면 1 ~ 2 년 후에 10 %의 현장 고장이 발생하기 시작한다는 것입니다. 또는 일부 구성 요소가 다른 구성 요소보다 더 일반적이기 때문에 5 % 또는 10 % 낙진으로 끝나고, 낙진하지 않은 부분의 5-10 %는 나중에 재현하기 어려운 조건에서 현장에서 실패합니다.

부품이 권장 작동 조건을 벗어나거나 의도 된 용도를 벗어나더라도 눈을 뜨고 평가하고 테스트하고 검토 한 위험에 아직 화상을 입지 않았습니다. 그것은 항상 고려되지 않고 왼쪽 필드에서 나온 것입니다. 잘못 될 수있는 모든 것에 대해 생각하는 것은 그러한 문제를 최소화 할 수있는 방법입니다. 그들이 '네 잘못'이 아니더라도. 그들 중 일부는 디자인과 직접 관련이없는 시스템 수준의 것입니다. 예를 들어 2 초 만에 5 배 전원을 켜고 끄는 전원 공급 장치는 고장 나지 않아야하지만 사양에 맞지 않아 설계 또는 테스트되지 않았을 수 있습니다.

절대 최대 정격을 위반하는 것은 설계 공간의 가장 먼 곳 (최대 주변 온도, 최대 부하, 최대 입력 전압, 최소 환기 등)에서도 거의 항상 나쁜 생각입니다. 정당화 될 수있는 몇 가지 이상한 사건이있을 수 있습니다. 예를 들어 일부 제품은 한 번만 작동해야합니다.

반대 방법은 Muntzing을 참조하십시오 . 허용 된 경우 바이 패스 커패시터 판매는 급감 할 것입니다.

구성 요소 값이 회로 성능에 큰 영향을 줄 수있는 최악의 회로 분석을 수행합니다. 예를 들어, 연산 증폭기의 출력에 연결된 다음 회로에 이득이 중요한 연산 증폭기의 이득. 그리고 스위칭 전원 공급 장치에 대해 동일한 분석을 수행하여 전압이 예상 한도 내에있을 것으로 예상 할 수 있습니다. (주로 디지털 디자이너이기 때문에 연산 증폭기 및 전원 공급 장치는 아날로그 전문 지식의 한계에 가깝습니다 .) LTSpice 는 이러한 분석을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 나는 예를 들어 풀업 저항의 내성을 신경 쓰지 않는다. 차이를 만들 정도로 충분히 변할 것으로 예상 할 수는 없습니다.

문제에서 언급되지 않았지만 이러한 유형의 분석은 때로는 디지털 디자인에도 수행해야하는 경우가 있습니다. 대부분의 디지털 IC에 대한 데이터 시트에는 설정 및 유지 시간과 같은 다양한 매개 변수에 대한 최소 및 최대 시간이 포함됩니다. 다양한 IC를 결합 할 때 전파 지연을 포함하여 다른 칩의 타이밍 변동으로 인해 이러한 타이밍 요구 사항을 충족시키는 데 문제가 발생할 수 있습니다. 특히, 나는 기억과 인터페이스 할 때 이와 같은 문제에 부딪쳤다.

계획된 노후화의 주제로, 때로는 경제적 이유로 필요합니다. 예를 들어, Li-Poly 배터리의 예상 수명은 3 년 또는 4 년입니다. 고객이 배터리를 교체 할 수있는 방법을 제공합니까? 또는 Apple이 iPhone을 사용하는 것처럼 폐쇄 된 케이스 안에 넣어 두어야합니다. 여기서 고객은 비밀 도구를 구입하여 YouTube의 비디오를 따르지 않는 한 상점에서만 배터리를 교체 할 수 있습니다.

다른 예는 셀룰러 모뎀입니다. 2 년 전만해도 데이터 전송을 위해 셀룰러 모뎀을 사용하는 프로젝트에서 작업 할 때는 2G가 단계적으로 중단 될 것이라는 사실을 알고 있었지만 3G 대신 2G 모뎀을 사용하기로 결정했습니다. 그 이유는 2G 모뎀 비용이 3G 가격의 절반에 달했기 때문입니다. 우리는 2G를 장치의 예상 수명 동안 사용할 수 있다고 약속 한 통신 사업자를 발견했습니다.

가장 잘 따르는 전략은 디자인하려는 제품의 종류에 달려 있다고 생각합니다. 간단하고 중요하지 않은 경우 IC의 데이터 시트에 회로를 구현하면됩니다. 그렇다면 동료의 접근 방식이 충분할 것입니다. IC 및 기타 구성 요소는 지정된 사항에 따라 작동합니다. 추가 검사가 필요하지 않습니다.

그러나 (예를 들어) IC를 사용하지 않고 매우 정확한 전압 레퍼런스를 설계하는 경우 변형이 성능에 영향을 미치므로 언급 한 모든 것이 더욱 중요해집니다.

그러나 "똑똑한"방식으로 디자인하면 많은 것을 보상 할 수 있습니다. 예를 들어 BJT의 VBE는 IC 설계에서 전류 미러를 사용합니다. 입력 트랜지스터와 출력 트랜지스터는 거의 동일한 제조 단계에서 만들어 지므로 VBE의 차이는 중요하지 않습니다. 이산 (오프 칩) 설계에서는 연산 증폭기를 사용하여 정확한 전류 미러를 만들 수 있습니다. 예를 들어 정확한 저항과 낮은 오프셋 연산 증폭기를 사용하십시오. 전류 미러는 예를 들어 이미 터 저항을 사용하거나베이스 전류 보상 회로 구현을 사용하여 더 정확하게 만들 수 있습니다.

경험을 통해 덜 중요한 부분에서 중요한 부분을 인식 할 수 있습니다. 그러나 (경험이없는) 모르는 경우 변형에 대한 민감도를 조사하면 아이디어를 얻을 수 있습니다.

나는 속임수가 실질적인 태도를 유지하고 변화를 원근법에 넣는 것이라고 생각합니다. 전체 조사가 필요한 곳과 필요하지 않은 곳은 어디입니까?

디자인이 얼마나 강력해야하는지에 달려 있습니다.

엔지니어링은 절충에 관한 것입니다. 디자인을 최대한 강력하게하려면 접근 방식이 올바른 것입니다.

제조업체가 해당 값에 어떻게 도달했는지에 대해 많이 알지 않는 한 데이터 시트 최소 / 최대 값을 넘어서 퍼지 계수를 적용합니다.

그러나 그렇게하는 데에는 시장 출시 시간에 다른 것들에 바쳐 질 수있는 노력과 비용이 든다. 모든 디자인이 그렇게 강력 할 필요는 없습니다.

원자 폭탄을 설계하고 있고 (실수로 폭발하지 않는지 확실하게) 심장 제세 동기 또는 우주 탐사선을 설계하려는 경우 이러한 비용을 부담해야합니다.

5 달러에 팔릴 타마 고 우치 장난감을 디자인한다면 아마 아닐 것입니다.

어느 정도까지는 동료가 옳습니다. 많은 목적을 위해 중간 범위의 매개 변수를 목표로하는 보수적 인 디자인은 광범위한 분석 및 테스트없이 99.99 %의 시간 동안 잘 작동합니다.

0.01 %의 사례에서 실패가 허용된다면 괜찮습니다. 정말.

설계 최적화 비용과 그 대가로 얻는 것 사이의 장단점을 평가해야합니다.

당신이받은 모든 대답은 매우 좋습니다. 그러나 내가 다루지 않은 또 다른 측면이 있습니다. 당신과 당신의 회사의 명성 . 내 경우에는 "견고성"측면에서 "오류"를 선호합니다. 다양한 조건에서 안정적으로 작동하는 회로 설계로 명성을 얻고 회사에서 신뢰할 수있는 제품을 제공한다는 평판을 얻었 기 때문입니다. 다른 모든 고려 사항은 관리자 / 관리자에게 맡기겠습니다.
디자인이 너무 비싸거나 빌드 및 테스트에 너무 많은 시간이 걸리는 경우 관리자가 저를 "밀어 내서"비용이 적게 들거나 더 빨리 완료되도록 디자인을 수정하라고 알려줄 것입니다. 그래서, 예 최소 / 최대 값을 사용하는 것은 좋은 연습입니다 .

구성 요소에 데이터 시트에서 허용하는 동작 조합이있는 경우 작동하는 장치를 설계하는 것이 실용적 일 때 좋습니다. 불행히도, 많은 데이터 시트는 장치 동작을 지정하기에 충분한 세부 사항으로 장치 동작을 지정하지 못합니다.

간단한 예로, 2x4 비트 시프트 레지스터로 사용하기 위해 74HC374를 가져 와서 출력 Q0-Q5를 입력 D2-D7에 직접 연결한다고 가정합니다. 이러한 디자인은 평범하고 실제로 잘 작동합니다. 그러나 일반적인 데이터 시트는 장치에 최소 전파 시간이 0ns이고 (클록 에지에 따라 출력이 즉시 변경 될 수 있음을 의미) 최소 유지 시간이 2ns임을 나타냅니다 (장치 동작이 보장되지 않는 경우). 입력은 클럭 에지의 2ns 이내에 변경됩니다. 실제로, 클럭 에지 이후 2ns가 변경되면 입력이 오작동 할 수있는 장치는 그보다 더 빠르게 변경되는 출력을 갖지 않을 가능성이 있지만 데이터 시트에 아무것도 보장하지 않습니다. 이론적으로 다음 출력으로 피드백하기 전에 각 출력에 RC 지연 회로를 추가하여 올바른 회로 동작을 보장 할 수 있습니다.

제조업체가 일반적으로 올바른 장치 동작을 보장하기에 충분한 정보를 제공하지 못하는 특별한 이유가 있는지 확실하지 않습니다 (예 : 클럭이 VIL 이상으로 상승 할 때 측정 된 로트에서 장치의 가장 빠른 전파 시간을 초과하도록 지정하여) 클록이 VIH 이상으로 상승 할 때 측정 된 로트에서 가장 느린 장치의 홀드 타임이 적어도 __ns 이상 길지만 일반적으로 그렇지 않습니다. 매개 변수의 모든 조합에서 올바른 동작을 보장하기 위해 추가 회로를 추가하는 것이 가능하지만 그렇게하면 관련 회로의 비용이 두 배가 될 수 있습니다.