La conception du circuit basé sur les valeurs min / max est-elle une bonne pratique?

À maintes reprises, je discute avec un de mes collègues de la question ci-dessus. Lorsque je conçois un circuit pour la production en série (> 10k / a), je souhaite le rendre robuste contre toutes les variations possibles des paramètres de composant que je connais. Cela signifie par exemple:

• Paramètres BJT tels que VBE, gain de courant, etc. vs polarisation et température
• Tolérances, dépendances de la température, vieillissement et dérive de soudure des passifs
• Durée de vie des composants

De plus, je considère comme inacceptable toute violation des valeurs maximales absolues dans des conditions de fonctionnement normales.

Si j'ai bien compris, mon collègue estime qu'il est inutile de se préoccuper des parasites, par exemple. Il suffit de tout mettre ensemble et d'essayer si cela fonctionne, c'est tout. Mettez quelques morceaux dans la chambre de chauffe, faites-les vieillir et s'ils fonctionnent encore, vous avez terminé. Il a plus d'expérience dans la conception de produits électroniques commerciaux que moi, mais je n'aime vraiment pas une telle approche. Je suis convaincu qu'en tant qu'ingénieur, j'aurais du penser à n'importe quelle partie d'un circuit avant de le construire pour la première fois.

Est-ce que mon approche est juste un perfectionnisme maladif ou a-t-il une raison? J'ai déjà découvert que beaucoup de concepteurs en électronique ne s'intéressent pas au design robuste ...

L'ingénierie ne consiste pas seulement à créer des conceptions robustes, mais également à créer une conception conforme à certaines spécifications. Habituellement, les jeunes designers ne comprennent pas parfaitement que les facteurs économiques font partie de la spécification . Le problème est que, parfois, ces facteurs économiques ne sont pas bien spécifiés (c'est souvent la faute de la direction), mais un bon concepteur est quelque peu tenu de prendre également en compte des aspects non strictement techniques dans ses conceptions, tels que:

• Coûts liés aux nomenclatures: peu importe si 1% des unités échouent sur le terrain s'il est plus économique d'expédier une nouvelle unité au client au lieu de les rendre toutes plus fiables!

• Time to market: peu importe si les unités sont plus fiables si nos concurrents expédient leurs produits un mois à l’avance!

• Obsolescence programmée: (triste, et non écologique, mais c'est généralement comme cela): pourquoi devrions-nous expédier des unités pouvant durer 20 ans si nous les commercialisons pour pouvoir travailler pendant 5 ans (et à un prix inférieur Point pour ça)?!?

• etc.

Tout cela dépend du champ sur lequel le design que vous créez est ciblé, bien sûr. Si vous visez un marché où une défaillance unique pourrait coûter des vies (par exemple, un nouveau défibrillateur), vous appliquerez davantage de marges de sécurité à votre conception (et vous serez obligé de le faire, dans certains cas, selon des normes de sécurité obligatoires).

Les spécifications plus strictes sont bonnes si, par exemple, vous concevez une carte essentielle à la mission pour une sonde spatiale pour une mission de ~ 1G $ vers Pluto. Dans ce cas, vous voulez vraiment prévoir l'imprévisible et tester toute petite chose qui peut mal tourner. Mais cela est contrebalancé, économiquement, par le risque d’être poursuivi (ou renvoyé) par la NASA parce que votre code MCU merdique a rendu toute la mission impossible!

Pour récapituler, expérimentés avec succès les designers savent comment gérer tous ces facteurs économiques. Bien sûr, certains d'entre eux sont vraiment intelligents et comprennent vraiment tous les équilibres délicats nécessaires pour mener à bien un projet (que ce soit le nouveau Apple iMostUselessMuchHypedphone ou les meilleurs instruments de détection de bactéries sur une comète). Certaines autres, incroyables mais vraies, ont simplement de la chance et trouvent le bon créneau dans lequel le "Le prototype fonctionne-t-il après avoir été maltraité? Ok! Envoyons-le!" le mantra fonctionne bien!

BTW, un bon designer doit toujours se méfier des exigences qui lui sont données. Parfois, les personnes qui vous donnent les spécifications ne savent pas vraiment ce qu'elles veulent ou ce dont elles ont besoin. Même la communication entre le concepteur et le client (ou la direction) peut être trompeuse. Par exemple, si un client demande une station barométrique télécommandable pouvant fonctionner correctement en hiver, le fait qu’il vienne de l’Alaska ou de l’Arabie saoudite n’importe pas! Un bon concepteur doit élaborer les spécifications avec le client, s’il est en mesure de le faire, et un concepteur performant peut généralement poser les bonnes questions pour définir les spécifications réelles de la conception afin de rendre le client heureux.

Je peux comprendre que pour certains ingénieurs, il est impératif de régler tous les détails, en particulier pour certains passionnés qui aiment vraiment créer des choses qui fonctionnent bien. Ce n'est pas une faute en soi, mais il est important de comprendre que la capacité de faire des compromis fait partie de l'ingénierie. Avec l'expérience, cette capacité s'améliorera, en particulier si vous travaillez avec de bons designers seniors.

Vous pourriez également découvrir que vous travaillez pour un employeur avec des normes trop basses pour vos goûts et que cela pourrait vous pousser à chercher un autre emploi. Mais cela devrait être fait après avoir acquis un peu plus d'expérience et appris quelques ficelles du métier et vous rendre plus "appétissant" pour un meilleur employeur.

Je suis avec toi à 100%. Cela dit, il y a des choses (par exemple, hFE) dans lesquelles il faut avoir confiance que les choses ne vont pas trop mal entre deux points garantis et que rien dans la physique et les courbes typiques ne suggère un comportement étrange.

Si vous utilisez une approche incisive, ce qui peut en fait être le moyen pratique de traiter les parasites complexes, dites au moins à quelle distance du désastre vous pouvez vous trouver en testant les limites ou la marge de phase, etc. d'accord.

Le problème avec l'approche cavalière est que si vous ne connaissez rien du vieillissement des optocoupleurs ou de certains types de dérive ou d'autres effets à long terme, vous commencez à avoir 10% de défaillances sur le terrain après un an ou deux. Ou bien vous vous retrouvez avec 5 ou 10% de retombées, car certaines composantes sont plus typiques que d'autres et 5 à 10% des non-retombées échouent plus tard sur le terrain dans des conditions difficiles à reproduire.

Je n'ai pas encore été brûlé par un risque que j'ai pris les deux yeux ouverts - évalué, testé et révisé, même si la pièce se trouvait en dehors de ses conditions de fonctionnement recommandées ou de l'usage auquel elle était destinée. C'est toujours quelque chose qui n'a pas été pris en compte et qui est sorti du champ gauche. Penser à tout ce qui peut mal se passer est de savoir comment minimiser ces problèmes. Même s'ils ne sont pas "de votre faute". Certains d'entre eux sont des problèmes au niveau des systèmes qui n'ont rien à voir avec la conception. Par exemple, une alimentation allumée et éteinte 5 fois en 2 secondes ne devrait pas tomber en panne, mais cela peut ne pas figurer dans les spécifications et ne pas être conçu ni testé.

Violer les valeurs maximales absolues est presque toujours une très mauvaise idée, même aux coins les plus reculés de la zone de conception (température ambiante maximale, charge maximale, tension d'entrée maximale, ventilation minimale, etc.). Il peut y avoir quelques cas étranges où cela peut être justifié. Certains produits ne doivent fonctionner qu'une fois, par exemple.

Pour l’approche opposée, voir Muntzing . Les ventes de condensateurs de dérivation chuteraient sûrement si cela était accepté.

Je ferai une analyse des pires cas de circuits où les valeurs des composants peuvent avoir un effet significatif sur les performances du circuit; par exemple le gain d'un ampli-op où ce gain est important pour le prochain circuit connecté à la sortie de l'ampli-op. Et je ferai la même analyse pour une alimentation à découpage afin d’attendre que la tension se situe dans les limites prévues. (Étant avant tout un concepteur numérique, les amplificateurs opérationnels et les blocs d'alimentation sont la limite de mon expertise analogique.) LTSpice peut être utilisé pour effectuer une telle analyse. Mais je me fiche de la tolérance d'une résistance de traction, par exemple; on ne peut pas s'attendre à ce qu'il varie suffisamment pour faire la différence.

Bien que cela ne soit pas mentionné dans la question, ce type d'analyse est parfois important également pour les conceptions numériques. Les fiches techniques de la plupart des circuits intégrés numériques incluent des durées minimales et maximales pour divers paramètres tels que les temps de configuration et de maintien. Lors de la combinaison de plusieurs circuits intégrés, des variations temporelles dans d'autres puces, notamment des retards de propagation, posent parfois des problèmes pour répondre à ces exigences de synchronisation. En particulier, j'ai rencontré des problèmes comme celui-ci lors de l'interface avec des mémoires.

En ce qui concerne l’obsolescence programmée, cela est parfois nécessaire pour des raisons économiques. Par exemple, une batterie Li-Poly peut avoir une durée de vie prévue de trois ou quatre ans seulement. Fournissez-vous un moyen au client de changer la batterie? Ou le conservez-vous dans un boîtier fermé, comme Apple avec ses iPhones, dans lequel la batterie ne peut être remplacée que dans l'un de leurs magasins (sauf si le client a acheté un outil secret et suit une vidéo sur YouTube).

Un autre exemple est un modem cellulaire. Il y a quelques années, lorsque nous travaillions sur un projet utilisant un modem cellulaire uniquement pour la transmission de données, il avait été décidé d'utiliser un modem 2G au lieu de la 3G, même si nous savions que la 2G serait progressivement supprimée. La raison en était que le modem 2G coûtait la moitié du prix de la 3G. Nous avons trouvé un transporteur qui avait promis que la 2G serait disponible chez eux pendant la durée de vie prévue de l'appareil.

Je pense que la stratégie à suivre dépend du type de produit que vous concevez. Si c'est quelque chose de simple et non critique, juste une implémentation d'un circuit sur la fiche technique d'un IC. Ensuite, l'approche de votre collègue est probablement suffisante. Le CI et les autres composants sont garantis pour fonctionner sur ce qui est spécifié. Pas grand besoin d'un chèque supplémentaire.

Mais si (par exemple) vous concevez une référence de tension très précise sans utiliser de CI, toutes les choses que vous mentionnez deviennent plus importantes car les variations influent sur les performances.

Mais si vous concevez de manière "intelligente", vous pouvez compenser de nombreuses choses. Par exemple, le VBE d'un BJT, dans la conception de circuits intégrés, nous utilisons un miroir de courant partout, puisque les transistors d'entrée et de sortie sont fabriqués dans la même étape de fabrication, ils sont presque identiques et les différences de VBE importent peu. Dans une conception discrète (hors puce), vous pouvez utiliser un amplificateur optique pour créer un miroir de courant précis. Il suffit d’utiliser des résistances précises et un amplificateur à faible offset, par exemple. Un miroir de courant peut être rendu plus précis en utilisant des résistances d’émetteur ou un circuit de compensation de courant de base.

Avec l'expérience, vous devez reconnaître les parties critiques des moins critiques. Mais si vous ne savez pas (pas d’expérience), alors étudier la sensibilité aux variations vous donnera une idée.

Je pense que le truc est de garder une attitude pratique et de mettre les variations en perspective: qu'est-ce qui compte, qu'est-ce qui ne l'est pas? Où ai-je besoin d'une enquête complète et où n'est-ce pas nécessaire?

Cela dépend de la robustesse de la conception.

L'ingénierie est une affaire de compromis. Si vous souhaitez que la conception soit extrêmement robuste, votre approche est correcte.

J'irais même plus loin et appliquerais un facteur de confusion au-delà des valeurs min / max de la feuille de calcul, à moins que vous en sachiez beaucoup sur la façon dont le fabricant est arrivé à ces valeurs.

Mais cela a un coût - en argent, en efforts qui pourraient être consacrés à autre chose, à temps pour le marché. Tous les modèles ne doivent pas nécessairement être aussi robustes.

Si vous concevez une bombe atomique (et que vous voulez être vraiment sûr qu'elle ne partira pas par accident), un défibrillateur cardiaque ou une sonde spatiale, ces coûts sont probablement rentables.

Si vous concevez un jouet tamagouchi qui se vendra 5 dollars, probablement pas.

Dans une certaine mesure, votre collègue a raison. Dans de nombreux cas, une conception conservatrice axée sur les paramètres intermédiaires fonctionnera sans problème pendant 99,99% du temps sans recourir à des analyses et des tests approfondis.

Si un échec dans 0,01% des cas est acceptable, c'est très bien. Vraiment.

Vous devez évaluer le compromis entre le coût de l'optimisation de la conception et ce que vous obtenez en retour.

Toutes les réponses que vous avez reçues sont très bonnes. Cependant, il y a un autre aspect qui, à mon avis, n'a pas été abordé. Votre réputation et celle de votre entreprise . Dans mon cas, je préférerais "se tromper" du côté de "la robustesse". La raison en est que je gagnerais une réputation pour la conception de circuits qui fonctionnent de manière fiable dans des conditions variables, et que ma société obtiendrait la réputation de fournir des produits fiables. Toutes les autres considérations (la plupart), je les laisserais à mon directeur / superviseur.
Si ma conception est trop chère ou prend trop de temps à construire et à tester, je laisserais mon responsable me "repousser" et me demander de modifier la conception pour qu'elle soit moins coûteuse ou plus rapidement, etc. Donc, oui, utiliser des valeurs min / max est une bonne pratique .

Concevoir un périphérique qui fonctionnera si les composants ont une combinaison de comportements autorisée par leur fiche technique est une bonne pratique lorsqu'elle est pratique. Malheureusement, de nombreuses feuilles de données ne spécifient pas les comportements de périphérique avec suffisamment de détails pour rendre cela réalisable.

À titre d’exemple simple, supposons que l’on prend un 74HC374 et que les sorties Q0-Q5 soient reliées directement aux entrées D2-D7, afin de l’utiliser comme registre à décalage 2x4 bits. Ces conceptions sont courantes et fonctionnent bien dans la pratique. Cependant, une fiche technique typique spécifie qu'un périphérique a un temps de propagation minimal de 0 ns (ce qui signifie que la sortie peut changer instantanément en réponse à un front d'horloge) et un temps de maintien minimal de 2 ns (ce qui signifie que le comportement du périphérique n'est pas garanti si l'entrée change dans les 2ns du front d'horloge). En pratique, un appareil pour lequel une entrée pourrait ne pas fonctionner correctement s'il change de mode 2ns après un front d'horloge, a peu de chances d'avoir des sorties plus rapides, mais rien dans la fiche technique ne le garantit. En théorie, on pourrait assurer un comportement correct du circuit en ajoutant un circuit de retard RC sur chaque sortie avant que celle-ci ne retourne à l'entrée suivante.

Je ne suis pas certain que les fabricants ne fournissent généralement pas suffisamment d'informations suffisantes pour garantir un comportement correct du périphérique (par exemple, en spécifiant que le temps de propagation le plus rapide de tout périphérique dans un lot, mesuré à partir du moment où l'horloge dépasse VIL, dépassera au moins __ns plus longtemps le temps de maintien du périphérique le plus lent du lot, mesuré à partir du moment où l'horloge dépasse le VIH), mais généralement pas; Bien qu'il soit possible d'ajouter des circuits supplémentaires pour assurer un comportement correct avec toutes les combinaisons de paramètres, cela peut parfois doubler le coût des circuits impliqués.