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嘉峪檢測網(wǎng) 2018-11-19 10:25
提到硬件開發(fā)，華為無疑是制造業(yè)的領(lǐng)導者，分享一些華為開發(fā)的文章，供研發(fā)人士參考。
三、揭秘華為研發(fā)——華為是怎樣做電路設(shè)計的
十五、揭秘華為研發(fā)——讓人敬畏的“質(zhì)量回溯”
關(guān)于“降額的概念”，有些工程師，可能沒有涉及過這樣的概念。我講個故事，大家就都理解了。我上初中時，自行車失竊的現(xiàn)象比較普遍。所以家里人都把自行車扛上樓，然后用軟鎖鎖在樓道里面，以防止自行車失竊。
我家住在六樓。我每天騎車放學回家，就自己把一輛大自行車，扛到六樓。
鄰居看到了，就跟我父母說：“小孩子扛自行車上樓，小心壓傷了，以后身高不長了。”后來我們家人就想辦法搞了個儲藏室存放自行車。
其實我是能扛得動自行車的，也就是我的額定負載能力是大于自行車的重量，但是家人為了提高我的使用可靠性，所以對我進行降額使用，不讓我接近負荷的使用。這個就是降額使用的思路。
降額設(shè)計的定義：設(shè)計時元器件或設(shè)備工作時承受的工作應(yīng)力適當?shù)陀谠骷蛘咴O(shè)備規(guī)定的額定值，從而達到降低基本失效率，提高使用可靠性的目的。
降額為什么能提高可靠性？
1、減小處于應(yīng)力邊緣狀態(tài)的元器件在系統(tǒng)壽命期內(nèi)失效的可能性。
2、降低元器件參數(shù)初始容差的影響（如器件個體之間的差異，批次波動，工藝更改）
3、減小元器件參數(shù)值的長期漂移帶來的影響。
4、為應(yīng)力計算中的不確定性，提供余量。
5、針對意外事故提供余量，比如機房空調(diào)故障，電壓峰值瞬變應(yīng)力等。
降額涉及的階段：
1、器件選型階段：應(yīng)該參考降額規(guī)范，選型應(yīng)該符合降額要求的器件。
2、電路設(shè)計階段：包括相應(yīng)的熱設(shè)計和熱仿真，應(yīng)該遵循降額規(guī)范進行降額設(shè)計。
3、電路測試階段：測試工程師對電路進行實測審查，判定是否符合降額規(guī)范，有產(chǎn)品可靠性工程師在，對降額審查和測試這一活動的執(zhí)行情況及問題解決情況進行把關(guān)。
降額原則：
1、禁止器件超規(guī)格應(yīng)用。
2、嚴格按照器件降額要求應(yīng)用器件。
降額是多方面因素綜合分析的結(jié)果或經(jīng)驗累積的傳承，在實際應(yīng)用中必須滿足該規(guī)格要求，否則將影響產(chǎn)品的使用可靠性。對于完全按照本規(guī)格降額要求執(zhí)行的，都應(yīng)該在降額審查與測試中支出解決，不解決的問題視為產(chǎn)品風險。
3、器件降額幅度要適合，避免降額不足，及過降額。
降額幅度應(yīng)能達到提高器件使用可靠性的目的，重點考慮“不降額”和“降額不足”導致的網(wǎng)上器件質(zhì)量問題，“過降額”導致期間選型成本增加、熱設(shè)計等工程實踐的可行性。
降額的指標來源：一、不降額或者降額不足導致的實際產(chǎn)品的質(zhì)量問題，二、“過降額”導致器件選型成本增加，熱設(shè)計等工程實踐的可行性分析，行業(yè)標準，優(yōu)秀廠家的指標，器件質(zhì)量現(xiàn)狀（質(zhì)量情況，批次離散度等等），經(jīng)驗。
4、此規(guī)范給出的降額要求，在產(chǎn)品規(guī)格要求的最惡劣環(huán)境條件下皆應(yīng)滿足。產(chǎn)品熱測試條件為產(chǎn)品最大功耗配置，高溫條件。
5、熱測試的環(huán)境溫度，應(yīng)使用被測試設(shè)備的規(guī)格最高溫度。例如某產(chǎn)品規(guī)格溫度0~50度，則測試的環(huán)境溫度應(yīng)該涵蓋0~50度的范圍。
6、部分器件溫度下限也有要求，比如晶振、二極管的工作溫度參數(shù)。
7、部分器件的降額要求，根據(jù)應(yīng)用場合、條件的不同，其降額要求也不同，例如：電磁繼電器的連續(xù)觸電電流參數(shù)的降額要求，根據(jù)其負載類型的不同而有所不同。
8、若廠家同時提供結(jié)溫、殼溫、環(huán)境溫度，原則上這幾個溫度參數(shù)皆應(yīng)滿足器件手冊的要求。器件溫度參數(shù)是否滿足規(guī)格和降額的盤踞，根據(jù)實際數(shù)據(jù)的可獲得性等情況，首選殼溫，次選結(jié)溫，最后選環(huán)境溫度。
9、溫度參數(shù)的測量、計算、評估方法應(yīng)遵從的順序。
優(yōu)先遵從廠家正式提供的溫度測量，計算，評估方法。
次之遵從各類器件相應(yīng)公開的、權(quán)威的、廣泛接受的應(yīng)用和標準。
再次之遵從降額規(guī)范中各類器件的溫度測量、計算評估方法；
10、 降額分析，需要分別考慮“穩(wěn)態(tài)”和“瞬態(tài)”
分別按照“穩(wěn)態(tài)”和“瞬態(tài)”進行分析電阻的功耗降額。
電阻的瞬態(tài)降額：電阻的功率降額是在相應(yīng)的工作溫度下的降額，即是在元器件符合曲線所在規(guī)定環(huán)境溫度下的功率的進一步降額。為了保證電阻器的正常工作，各種型號的電阻廠家都通過試驗確定了相應(yīng)的降功耗曲線，因此在使用過程中，必須嚴格按照降功耗。
廠家額定環(huán)境溫度為70℃，低于這個溫度的時候，直接按照60%進行降額。當超過這個溫度的時候，額定曲線是一個斜線。降額曲線也按照，最大溫度的降額為121℃，然后繪制一條紅色的斜線，按照斜線進行降額。
瞬態(tài)降額 只要時間足夠短，電阻可以承受比額定功率大得多的瞬態(tài)功率。要參考廠家資料中的最高過負荷電壓參數(shù)，再在此基礎(chǔ)上降額。
瞬態(tài)功耗，又要按照單脈沖和多脈沖，分別進行討論和分析。
單脈沖：
多脈沖：
具體的原理，本文不贅述，本文重點強調(diào)降額設(shè)計的思路。后續(xù)繼續(xù)完善“電阻降額規(guī)范”。
對于降額設(shè)計的華為內(nèi)部會做的具體操作：
1、在華為內(nèi)部的原理圖設(shè)計工具是EPD，自行開發(fā)的降額審查工具，可以自動化進行降額審查。
2、設(shè)計人員在器件的選型中，主要在功耗、溫度、耐壓，這幾個維度會進行重點的降額設(shè)計。
3、有些器件，需要注意是一定條件下的額定值，是需要對這些內(nèi)容寫入設(shè)計文檔，并進行跟蹤的。例如，DDR3內(nèi)存的工作額定溫度，有兩個值，對應(yīng)著不同的刷新率。相關(guān)設(shè)計需要協(xié)同，軟硬件和熱設(shè)計，并建立專題分析或者寫入詳細設(shè)計文檔。
4、測試人員在設(shè)計階段對降額設(shè)計進行核查，在測試階段進行有針對性的測試。
5、器件可靠性工程師在產(chǎn)品的轉(zhuǎn)測試階段和轉(zhuǎn)生產(chǎn)階段，都需要對產(chǎn)品的降額設(shè)計進行審查。
6、定期會進行可靠性相關(guān)的活動和持續(xù)改進，并形成持續(xù)完善《降額設(shè)計規(guī)范》的工作，定期刷新，不定期事件觸發(fā)式刷新降額規(guī)范。
降額是“可靠性設(shè)計的一部分”，但是也是非常重要的一部分。
來源：硬十
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