Análisis del circuito en el peor de los casos

El análisis de circuitos en el peor de los casos (WCCA o WCA) es un método rentable para evaluar un diseño y garantizar, con un alto grado de confianza, que los posibles defectos y deficiencias se identifiquen y eliminen antes y durante las pruebas, la producción y la entrega.

Se trata de una evaluación cuantitativa del rendimiento del equipo, que tiene en cuenta los efectos de la fabricación, el medio ambiente y el envejecimiento. Además del análisis del circuito, un análisis de capacidad de carga del equipo (WCCA) suele incluir análisis de estrés y reducción de potencia , análisis de modos y efectos de fallo ( FMECA ) y predicción de la fiabilidad ( MTBF ).

El objetivo específico es verificar que el diseño sea lo suficientemente robusto como para proporcionar un funcionamiento que cumpla con las especificaciones de rendimiento del sistema durante su vida útil, incluso en las peores condiciones y con las tolerancias más adversas (inicial, envejecimiento, radiación, temperatura, etc.).

El análisis de tensión y reducción de capacidad tiene como objetivo aumentar la fiabilidad al proporcionar un margen suficiente con respecto a los límites de tensión admisibles. Esto reduce las condiciones de sobretensión que pueden provocar fallos y disminuye la tasa de variación de parámetros inducida por la tensión a lo largo de la vida útil. Determina la tensión máxima aplicada a cada componente del sistema.

Se debe realizar un análisis de circuito en el peor de los casos para todos los circuitos críticos para la seguridad y el rendimiento financiero. Este análisis, al considerar la variabilidad de los componentes, determina el desempeño del circuito en el peor escenario posible (bajo condiciones ambientales o de operación extremas). Las condiciones ambientales se definen como las tensiones externas aplicadas a cada componente del circuito, como la temperatura, la humedad o la radiación. Las condiciones de operación incluyen las entradas eléctricas externas, el nivel de calidad de los componentes, la interacción entre las partes y la deriva debida al envejecimiento de los componentes.

WCCA ayuda en el proceso de incorporar confiabilidad de diseño en el hardware para su operación a largo plazo en campo. Los componentes electrónicos fallan en dos modos distintos:

Límites fuera de tolerancia : De esta forma, el circuito continúa funcionando, aunque con un rendimiento degradado, y finalmente supera los límites operativos requeridos para el circuito.

Las fallas catastróficas pueden minimizarse mediante análisis de MTBF , estrés y reducción de capacidad, y FMECA que ayudan a garantizar que todos los componentes se reduzcan de capacidad adecuadamente, así como que la degradación se produzca de forma gradual.

Un WCCA le permite predecir y evaluar los límites de rendimiento del circuito bajo todas las combinaciones de tolerancias parciales.

Existen muchas razones para realizar una evaluación WCCA. A continuación, se presentan algunas que pueden tener un impacto en el cronograma y el costo.

El análisis del peor caso consiste en analizar un dispositivo (o sistema) para asegurar que cumpla con sus especificaciones de rendimiento. Generalmente, se consideran las tolerancias debidas a la tolerancia inicial de los componentes, la tolerancia a la temperatura, la tolerancia al envejecimiento y la exposición a factores ambientales (como la radiación en el caso de un dispositivo espacial). El análisis al inicio de la vida útil comprende la tolerancia inicial y proporciona los límites de la hoja de datos para el ciclo de prueba de fabricación. El análisis al final de la vida útil considera la degradación adicional resultante del envejecimiento y los efectos de la temperatura en los elementos del dispositivo o sistema.

Este análisis se suele realizar utilizando SPICE, pero se necesitan modelos matemáticos de los circuitos individuales dentro del dispositivo (o sistema) para determinar las sensibilidades o el rendimiento en el peor de los casos. ^{[ 1 ]} Con frecuencia se utiliza un programa informático para totalizar y resumir los resultados.

Una WCCA sigue estos pasos:

1. Generar/obtener modelo de circuito
2. Obtener correlación para validar el modelo.
3. Determinar la sensibilidad a cada parámetro del componente
4. Determinar las tolerancias de los componentes
5. Calcula la varianza de cada parámetro del componente como la sensibilidad multiplicada por la tolerancia absoluta.
6. Utilice al menos dos métodos de análisis (por ejemplo, análisis manual y SPICE o Saber, SPICE y datos medidos) para asegurar el resultado.
7. Generar un informe formal para transmitir la información producida.

El diseño se divide en las secciones funcionales correspondientes. Se desarrolla un modelo matemático del circuito y se aplican los efectos de las distintas tolerancias de las piezas y del sistema. Se determinan los resultados de EVA y RSS del circuito para los estados de inicio y fin de su vida útil.

Estos resultados se utilizan para calcular las tensiones en las piezas y se aplican a otros análisis. Para que el análisis de contornos de la estructura (WCCA) sea útil durante todo el ciclo de vida del producto, es fundamental que el análisis se documente de forma clara y concisa. Esto permitirá futuras actualizaciones y revisiones por parte de personas ajenas al diseñador original. Se genera una matriz de cumplimiento que identifica claramente los resultados y todos los problemas detectados.

• WCCA: Comparación sencilla de diferentes métodos: DOI: 10.13140/RG.2.2.13287.75689
• La norma Mil-Std 785B tiene una breve sección sobre WCCA.
• ¿Por qué realizar un análisis del peor escenario posible?
• Aerospace Corporation - Taller de mejora de la garantía de misión de Aerospace Corp.: Análisis de circuitos en el peor de los casos para el diseño eléctrico: Directrices y borrador de norma (REV A) (MAIW), TOR-2013-00297
• Cooperación Europea para la Estandarización Espacial, véase Análisis del rendimiento del circuito en el peor de los casos - ECSS-Q-30-01A y ECSS-Q-HB-30-01A y Fiabilidad ECSS-Q-ST-30C