2017年，我曾經為一家汽車公司的工程師們講授最壞情況電路分析（WCCA）培訓課程。在向學生們展示我們針對汽車模塊開發的WCCA樣品時，我聽到了議論咕嚕聲。我問是怎么回事，一名學生宣稱：“我們沒有時間搞這個！”

WCCA已經成為汽車行業的一個重要話題，ISO 26262、汽車中電子部分的比重飛速增長以及汽車制造商的企業指導方針等都迫使人們重視WCCA問題。

而航天工業目前的趨勢描繪了一個完全不同的畫面。高成本計劃正在減少，而低成本和較短的任務普遍存在。同樣，項目經理也在驚呼說，我們只是沒有預算。

顯然，汽車和航天工業有不同的局限性，但兩者都可能因為分析不充分而導致意外事故。兩者都未能看到的是，分析才是他們省錢的救命之路。在后續的文章中，我將探討與測試和測試數據相關的問題和缺點，但可以肯定地說，測試并不是便宜、簡單或能快速搞定的事，當然也不能使壽命終止（EOL）問題免除。

通過有針對性和優先級的分析，可以解決測試無法解決的問題。這可以讓你以設計為中心來發現問題并增加收益，并可以避免將時間和資金浪費在電路板上。

這里的關鍵要點是，無論你選擇分析什么，都必須嚴格執行，確保合適的分析準確性。否則，你可能會因為虛假結果而浪費寶貴的金錢和時間（見圖1）。

圖1：WCCA總是面臨著降低成本、提高質量和縮短交貨期的壓力。

對WCCA做了足夠的評估后，你會發現頭號問題就是缺乏嚴謹性。

不同的行業有不同的分析（檢查表）和文件標準。人們會認為航天行業是最嚴格的。汽車在WCCA文檔方面非常寬松，但由于ISO 26262等標準的要求，汽車行業正在WCCA方面大步前行，要求進行更多和具體的分析，特別是在EMC和ESD要求方面。與航天應用不同的是，WCCA在汽車電子模塊方面已經形成一套標準實踐。你可能會驚訝地發現，汽車WCCA中使用的公差比航天應用中使用的公差要嚴格得多。

這種嚴謹性的缺乏以多種形式表現出來。

未能“層層分析”的情況包括：

?在執行完整的WCCA方面未用壽命終止極端情況下的所有適用公差深入挖掘。

?沒有驗證關鍵假設和仿真模型。

?跳過簡單的電路，沒有查看所有應該檢查的地方。

?沒有涵蓋所有可能的工作條件。

?忽略可能影響分析結果的二階和三階效應，沒能達到足夠的準確性。

沒有執行關鍵分析

除了上面提到的失誤之外，所進行的分析通常只是在合理的程度上進行。但是，正是這些因為“逃避”（“投機取巧”的委婉說法）而被完全忽略的分析，潛伏著許多不合規之處。我們將在后續的文章《Too Many Escapes and Biases（太多的逃避與偏見）》中進一步討論這些問題。圖2列出了一些常用功能模塊的檢查表。由于偏差、無知或“可接受的”標稱測試數據，它們通常受到忽略或被錯誤區分優先次序并被視為無關緊要。如果設計人員不了解設計性能的要求或驅動因素，那么這些問題可能無法在WCCA中得到解決。例如，沒有分析控制回路的穩定性，因為該元件沒有反饋接入來繪制波特圖。其他示例還包括執行“衍生需求”分析，例如FET柵極驅動、FET安全工作區（SOA）、BJT最小hFE、泄漏和基極驅動，或運算放大器穩定性，因為它們被認為“太簡單”。此外，一些傳統電路的某些器件、公差和工作條件發生變化，也會引起潛在的問題，但卻沒有對其進行分析。

圖2：AEi Systems的開關電源（汽車應用）分析檢查表（上面的部分清單）。

通過模擬測試計劃和故障條件，其他EMC、ESD和電池故障分析也添加進來了。除了壓力和降額以外，即使是粗略的事項也是一項重要的數學和仿真工作，動輒花費數百小時也不稀罕。線性穩壓器、POL和參考都有各自的列表清單。

最佳實踐將始終從一個綜合的任務列表開始，然后根據工程問題、電路評估、可用的測試數據、傳統電路、任務/產品要求，以及最終的預算和進度，確定分析的優先級并予以消除。如上所述，分析的事項不應該留給設計者，因此最壞情況電路分析是很難貫徹執行的。

WCCA應與失效模式、效應和關鍵性分析（FMECA）的結果相關聯，對于有些電路，若其嚴重故障被確定為是關鍵或很可能發生時，那么就應執行WCCA和最壞情況應力分析。

沒有進行足夠詳細的壓力和降額分析

?在許多情況下，并非要檢查所有應檢查和降額的元件參數（有關降額和要評估的元件參數，請參閱SMC-S010或Mil-Handbook-1547或類似的IPC-9592）。

?沒有采用EOL公差執行真實的最壞情況應力分析，以及所有三種應力評估（穩態DC、開關和瞬時上電/斷電/故障）。

EOL公差指標少

我們經?？吹紼OL公差只包括基于時間的老化。這還不夠，EOL公差還應包括環境和各種制造公差（見表1），以及沖擊、濕度和振動等。

表1：MIL-PRF-55342電阻器的環境測試。（資料來源：Vishay）

例如，對于55342電阻器，其使用壽命為10萬小時（約10年）；僅基于時間的老化公差應該至少為1.25%。而美國空軍太空司令部SMC-S-010指南規定，總EOL公差達到2%的電阻器才能使用。由于元器件質量的提高，SMC-S-010取代了Mil-HdBk-1547規范，后者推薦使用的EOL公差為4%。在任何情況下，記住要執行的分析是“最壞情況”，雖然對于某些應用可以對公差進行平方和求根，但將它們降低到不切實際的水平或將它們完全排除在外都是不可接受的。處理公差數據的差距將在以后的文章中探討。

在文檔編制上吝嗇

文檔編制是WCCA最重要的一個部分。詳細的文檔編制對于審核過程至關重要，這也可以取得很好的投資回報。對于假設條件的記錄尤其如此——假設條件總有很多。文檔的編寫應不但能方便審閱者對分析進行評估，也能讓設計人員容易理解分析，而無需與最初的分析師交談。通過這種方式，文檔就成為了合規電路或更好產品（未合規情況）的技術路線圖。為了使分析具有更長的使用期限，并在未來的產品修訂中發揮作用，文檔絕對不能草率手寫完事。以下要素都是必不可少的：

?分析范圍包括工作條件、輸入激勵和輸出負載。

?功能性電路描述。

?模型描述、列表和測試相關性。

?解釋哪些要求需要評估以及使用了哪些分析方法。

?假設——從評論者的角度考慮他們可能想問但你卻認為是理所當然的問題。

?分析“故事”——講故事是至關重要的，不僅要提供一些數學或SPICE仿真，而且要向評論者提供一個相當詳細的說明，包括計算內容、計算方式以及你的發現。

?結論（結果、利潤、風險）和建議。

雖然預算始終是個問題，但不應因此影響分析的嚴謹性。如果有理由進行分析，那就要正確地分析。情愿少做一些分析，也不要對重要的分析偷工減料。

在“最壞情況”系列的下一篇文章中，我們將介紹元件和電路仿真模型開發、模型相關性和公差，以及如何處理供應商提供的模型。