在香料电路分析可靠性优化设计

没有可靠性优化设计,火将你最不担心的

有人需要的最后一件事在一个关键任务系统是一个重要的操作系统比设计在不同的层次。作为一个更大系统的一部分,一个子系统的行为变化可能需要抑制和补偿下游系统的一部分。这就是可靠性优化设计成为重要的系统设计。生活上可以当一个系统的一部分失败,和系统设计师需要考虑所有可能的方式可以避免的悲剧。

可靠性优化设计是什么?

可靠性优化设计是指一个类的分析技术,在许多工程领域是有用的。在这一系列过程中,系统的某些方面的平均值作为设计变量,目标函数是作为系统的输出。这些设计变量可以与预定义的公差,组件值和客观的电压或电流在一个特定部分电路。然后最大化或最小化目标函数服从一些预定义的概率约束(如失效概率或可靠性指数)。

如果这听起来抽象,把可靠性优化设计是这样的:你的目标是确定组件的值会产生所需的电压/电流在复杂电路的一部分自然变化的组件值和输入信号。一旦你已经计算了电路中输出电压/电流及其变化,可以确定组件是压力过大的概率。输出电压/电流会有一些变化由于组件值和输入的变化,这将决定电路的一部分将操作的概率高于额定电压/电流,最终导致失败。

对于线性定常直流回路,可以很容易地确定解析表达式,输出变化定义为输入变量的线性组合。即使电路驱动与周期性或任意信号,你可以确定表达式定义输入和输出方差之间的这种关系,虽然它可能不是一个简单的线性组合。相反,这是更可能是一个复杂的时间或频率的函数。更复杂的电路,包括反馈和/或非线性元素,数值计算方法可以帮助您快速确定输入和输出方差之间的关系。

作为第一步,它是一个好主意来创建你的电路,优化其行为,并确定适当的操作限制使用烟分析。然后您可以使用蒙特卡罗分析确定方差之间的关系。

蒙特卡罗可靠性优化设计的一部分

有许多方法可以用来确定电路的输出响应输入信号或随机变化的组件值。电路模拟器纯粹是确定的,这意味着他们不使用预定义的概率分布组件值和输出概率函数描述的变化输出或一个特定网络的行为在一个电路。

相反,随机变化需要从一个用户定义的概率分布采样。它是最常见的定义组件为正态分布或均匀分布变化。像大多数电路模拟器不是象征性的模拟器,这意味着他们不使用算法来操纵数学表达式分析,随机的变化可以使用随机抽样模拟组件公差值,即:蒙特卡罗模拟。

把自己在蒙特卡洛可靠性优化设计

蒙特卡罗方法在电路仿真需要图分布的随机数定义为您的组件使用一个随机数生成技术。随机数生成器在电脑semi-deterministic和他们的样品通常视为均匀分布,这就需要将均匀分布随机数为组件所需的分布(即。Box-Muller变换,将均匀随机变量转化为正常随机变量)。

定义组件的值的分布需要一些简单定义公差的平均值。不同模拟器可能有不同的定义如何使用公差为组件创建一个概率分布,所以你应该检查你的模拟器的文档开始前你的模拟。注意,在电路分析,组件值的变化被视为独立的(即。公差是不相关的),所以你不需要使用技术像柯列斯基分解生成一批相关的随机变量。

使用随机为您的组件值,电路模拟器简单计算整个电路的电压和电流,并且显示出你的一组曲线的电压/电流净您指定。这组曲线可以绘制直方图,给你你所需要的数据来生成一个概率分布的电压/电流净你检查。

虽然我们一直在谈论这方面的组件值变化,相同的过程可以包含不同的电压/电流输入电路,或给活性成分。如果你想看看这些结果变化不同的输入电压,可以合并直流扫描到你的模拟和研究如何对不同的输入输出曲线的变化。

蒙特卡罗在线性与非线性电路

这是一个重要的考虑作为一个或多个组件或操作参数的变化可能不是线性相关的电压/电流你正在检查电路。尤其是在非线性电路,以及时变线性或非线性电路。与线性定常电路,输出的分布将有相同的形状分布定义为您的组件,假设您定义组件和输入信号变化总体分布相同,尽管不同的特定的值统计的时刻。

这不是非线性电路的情况;分布不匹配。时变电路也是如此,虽然在输出分布可能是线性相关分布管理一些早期的时候输入的变化。正确分析组件之间的关系价值/输入信号变化和非线性电路的输出你检查需要一些概率论的知识,这超出了本文的范围。

这些稳压二极管是常见的非线性电路元素

失败和可靠性

一旦确定输出电压/电流的变化之间的关系在某些部分的电路,你可以插入结果直方图的概率来确定概率分布来确定你的电路将超过你定义的一些操作限制。这可以在组件级别(即完成。,通过观察电流和电压降组件),相比之下,你抽烟的结果分析。如果你的电压/电流超过你预期的降额,那么你需要改变某些方面的电路,电压和电流不超过您所指定的操作限制。

设计选择包括改变一些组件值,改变输入电压(这就是结合蒙特卡洛直流扫描是一个不错的选择),或添加或删除一些组件的电路。你取决于你的设计决策,应该根据自己的经验。让你的设计更改后,您需要重新运行蒙特卡罗分析,看看你变化影响失败的可能性。当你改变你的电路,可以使用参数优化检查所需的电压/电流满足您的设计目标。记住,你的目标是减少你强调你的组件和失败的概率。

使用在其他分析结果

注意,这个分析可以带入时域的一部分瞬态分析,在一个波德图或传递函数的阴谋的一部分频率扫描或其他分析。你也可以检查电路的输出变化如何在处理任意源在时域。作为一个例子,使用晶体管时,您可以检查组件参数的变化将如何影响当一个晶体管开关。这允许您检查大量的组件的变化如何影响时间抖动。最后,您可以使用一个蒙特卡罗温度扫描检查电路的温度。

注意,可靠性优化设计应区别于敏感性分析,虽然两种技术是相似的。在灵敏度分析,你理解你的电路的最坏的和最好的场景。同样,你确定哪些组件/ s的最大值或最小值对输出的影响。这可以帮助您决定每个组件的公差。因此,降低成本。蒙特卡洛的可靠性设计优化了许多可能的变化(通常是成千上万的)多个组件,并且结果是可能的直方图电压/电流在一个特定的网络。

最终的想法

从阅读上面,您可能已经注意到,可靠性优化设计是一个组合的烟分析、敏感性分析、参数优化,最后失效概率的计算。这一系列的分析最终帮助你优化你的电路的可靠性,而不是简单的设计,以满足特定的设计目标。

作为电路设计的一部分,可靠性优化设计需要一个电路仿真软件包,可以帮助你确定你的电路的行为变化由于组件公差和变化对电路的输入。

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