最小/最大値に基づいた回路設計は良い習慣ですか？

上記の質問について、私の同僚と何度も議論しています。大量生産（> 10k / a）用の回路を設計するとき、私が知っているコンポーネントパラメータのあらゆるバリエーションに対して堅牢にしたいと思います。これは、たとえば次のことを意味します。

• VBE、電流ゲインなどのようなBJTパラメーター対バイアスと温度
• パッシブの許容誤差、温度依存性、経年変化、はんだ付けドリフト
• コンポーネントの寿命

さらに、通常の動作条件下での絶対最大定格の違反は許容できないと考えます。

私の同僚を理解しているように、彼はそれを寄生虫などを気にするのは役に立たないビジネスだと考えているだけです。それをすべてまとめて、うまくいくか試してみてください。いくつかの破片を加熱室に入れ、熟成させ、それでもまだ機能する場合は完了です。彼は商用電子機器の設計で私よりも多くの経験がありますが、私はそのようなアプローチが本当に好きではありません。エンジニアとして、初めて回路を構築する前に、回路のどの部分についても考えるべきだったと確信しています。

私のアプローチは単なる完璧主義ですか？それとも合理的なものですか？多くの電子設計者が堅牢な設計を気にかけないことをすでに発見しました...

エンジニアリングとは、堅牢な設計を作成することだけでなく、いくつかの仕様を満たす設計を作成することでもあります。通常、若いデザイナーは、経済的要因が仕様の一部であることを完全に理解していません。問題は、これらの経済的要因が明確に指定されていない場合があることです（多くの場合、経営者のせいです）

• BOM関連コスト：すべてのユニットの信頼性を高めるのではなく、新しいユニットを顧客に出荷する方が経済的である場合、ユニットの1％が現場で故障しても気にしない人！

• 市場投入までの時間：競合他社が1か月前に商品を出荷する場合、ユニットの信頼性が高いかどうかを気にかけます！

• 計画された陳腐化：（悲しい、環境に優しくありませんが、通常は次のようになります）：5年間働くことができるように販売した場合、20年間持続できるユニットを出荷する必要がある理由そのためのポイント）？！？

• 等

もちろん、これはすべて、作成するデザインが対象とする分野に依存します。1回の故障で命を落とす可能性のある市場（新しい除細動器など）を目指す場合、設計により多くの安全マージンを適用します（場合によっては、必須の安全基準により、それを強制されます）。

たとえば、Pl王星への〜1G $ミッションの宇宙探査機用のミッションクリティカルなボードを設計している場合、より厳しい仕様が適しています。その場合、予測できないものを実際に予測し、うまくいかない可能性のある些細なことをテストする必要があります。しかし、これは、NASAによって訴えられる（または解雇される）リスクによって経済的に相殺されます。

要約すると、経験豊富な成功したデザイナーは、これらすべての経済的要因を管理する方法を知っています。もちろん、それらのいくつかは非常に賢く、プロジェクトを成功させるために必要なすべての微妙なバランスを本当に理解しています（新しいApple iMostUselessMuchHypedphoneまたは彗星上の細菌を検出するための最高の機器）。信じられないが真実である他の一部は幸運であり、「プロトタイプは少し虐待された後に動作しますか？OK！それを出荷しましょう！」マントラはうまくいきます！

ところで、優れた設計者は、与えられた要件に常に注意する必要があります。仕様を教えてくれる人は、自分が何を望んでいるのか、何を必要としているのかを本当に知らないことがあります。デザイナーとクライアント（または管理者）との間のコミュニケーションでさえ誤解を招く可能性があります。たとえば、クライアントが冬の間うまく機能する遠隔操作可能な気圧ステーションを要求する場合、彼がアラスカ出身かサウジアラビア出身かは問題になりません！優れたデザイナーは、クライアントと一緒に仕様を作成する必要があります。クライアントが満足できるように、成功したデザイナーは通常、設計の実際の仕様を特定する適切な質問をすることができます。

一部のエンジニアにとっては、特にうまく機能するものを作成するのが本当に好きな情熱的な個人にとっては、すべての詳細を練り上げることを強いられていることは理解できます。それ自体は障害ではありませんが、トレードオフを行う能力はエンジニアリングの一部であることを理解することが重要です。経験を積むと、特に優秀なシニアデザイナーと一緒に作業する場合、この能力は向上します。

また、あなたは自分の好みに対して低すぎる基準で雇用主のために働いていることを発見する可能性があり、これは別の仕事を探すようにあなたを押す可能性があります。しかし、これは、もう少し経験を積んで取引のコツを学び、より良い雇用主にもっと「食欲をそそる」ようにした後に行うべきです。

私はあなたと100％です。とはいえ、2つの保証されたポイント間で物事が不安定にならず、物理学と典型的な曲線のなかで奇妙な動作を示唆しないものを信頼しなければならないものがあります（hFEなど）。

実際に複雑な寄生虫に対処する実際的な方法である可能性のあるカットアンドトライアプローチを使用している場合、少なくとも限界や位相マージンなどをテストすることで、災害からどれくらい離れているかを調べてください。はい。

キャバリアアプローチの問題は、フォトカプラの経年変化や特定のドリフトなどの長期的な影響について知らない場合、1〜2年後に10％のフィールド障害が発生し始めることです。または、一部のコンポーネントは他のコンポーネントよりも典型的であり、再現性の低い条件下で非フォールアウトの5-10％がフィールドで後で失敗するため、5％または10％のフォールアウトになります。

たとえ部品が推奨動作条件や使用目的の範囲外であったとしても、両目を開いて評価、テスト、およびレビューした場合のリスクにまだ火傷していません。それは常に考慮されず、左のフィールドから出てきたものです。うまくいかない可能性のあるすべてのことを考えることが、これらの問題を最小限に抑える方法です。「あなたのせい」ではない場合でも。それらのいくつかは、設計と直接関係のないシステムレベルのものです。たとえば、2秒間に5回電源を入れたり切ったりする電源装置は故障しないはずですが、仕様に含まれていない可能性があるため、設計やテストができない場合があります。

絶対最大定格に違反することは、ほとんどすべての場合、設計スペースの隅（最大周囲温度、最大負荷、最大入力電圧、最小換気など）でも非常に悪い考えです。正当化できる奇妙なケースがいくつかあるかもしれません。たとえば、一部の製品は一度だけ機能する必要があります。

逆のアプローチについては、Muntzingを参照してください。バイパスコンデンサの販売は、それが慣習として受け入れられれば確実に急落するでしょう。

コンポーネントの値が回路のパフォーマンスに重大な影響を与える可能性がある場合、回路のワーストケース分析を行います。たとえば、オペアンプのゲインは、そのゲインがオペアンプの出力に接続されている次の回路にとって重要である場合です。また、スイッチング電源についても同じ分析を行うため、電圧が予想される制限内に収まることを期待できます。（主にデジタル設計者であるため、オペアンプと電源は私のアナログの専門知識の限界に近いものです。） LTSpiceはそのような分析を実行するために使用できます。しかし、たとえばプルアップ抵抗の許容差は気にしません。違いを生むほど変化することは期待できません。

質問では言及していませんが、このタイプの分析はデジタル設計でも行うことが重要な場合があります。ほとんどのデジタルICのデータシートには、セットアップ時間やホールド時間などのさまざまなパラメーターの最小時間と最大時間が含まれています。さまざまなICを組み合わせた場合、伝搬遅延を含む他のチップのタイミングのばらつきが、これらのタイミング要件を満たす際に問題を引き起こすことがあります。特に、記憶とのやり取りの際にこのような問題に遭遇しました。

計画的な陳腐化の問題について、これは経済的な理由から必要な場合があります。たとえば、Li-Polyバッテリーの寿命はわずか3年または4年です。お客様がバッテリーを交換する方法を提供していますか？または、AppleがiPhoneで行っているように、店の1つでしかバッテリーを交換できない閉じたケースの中に保管しますか（顧客が秘密のツールを購入してYouTubeでビデオをフォローしている場合を除く）。

別の例は、セルラーモデムです。数年前、データ転送のみにセルラーモデムを使用するプロジェクトに取り組んでいたとき、2Gが段階的に廃止されることがわかっていたにもかかわらず、3Gではなく2Gモデムを使用することが決定されました。その理由は、2Gモデムの価格が3Gの半分でした。デバイスの予想寿命の間、2Gが利用可能であると約束したキャリアを見つけました。

従うのに最適な戦略は、設計している製品の種類によって異なると思います。シンプルで重要ではない場合は、ICのデータシートに回路を実装するだけです。おそらく、同僚のアプローチで十分でしょう。ICおよびその他のコンポーネントは、指定されたものに対して機能することが保証されています。追加のチェックはあまり必要ありません。

しかし、（たとえば）そのためにICを使用せずに非常に正確な電圧リファレンスを設計している場合、変動がパフォーマンスに影響するため、言及するすべてのことがより重要になります。

しかし、「スマート」な方法で設計すれば、多くのことを補うことができます。たとえば、BJTのVBEでは、IC設計ではどこでもカレントミラーを使用しています。入力トランジスタと出力トランジスタは同じ製造工程で作成されるため、ほぼ同じであり、VBEの違いはさほど重要ではありません。ディスクリート（オフチップ）設計では、オペアンプを使用して正確な電流ミラーを作成できます。たとえば、正確な抵抗と低オフセットのオペアンプを使用してください。電流ミラーは、たとえばエミッタ抵抗またはベース電流補償回路の実装を使用して、より正確に作成できます。

経験を積むことで、重要度の低い部分から重要な部分を認識することができます。しかし、あなたが知らない場合（経験がない場合）、バリエーションに対する感度を調査することでアイデアが得られます。

秘thinkは、実用的な態度を保ち、バリエーションを視野に入れることだと思います。どこで完全な調査が必要ですか、それは必要ありません。

設計がどれだけ堅牢であるかによって異なります。

エンジニアリングはすべてトレードオフです。設計を最大限に堅牢にしたい場合、あなたのアプローチは正しいです。

さらに進んで、データシートの最小/最大値を超えるファッジファクターを適用します。ただし、製造元がこれらの値にどのように到達したかについて多くを知っている場合を除きます。

しかし、それを行うにはコストがかかります-お金で、他のことに専念できる努力で、市場投入までに。すべてのデザインがそれほど堅牢である必要はありません。

原子爆弾を設計している場合（そして、それが偶然に消えないことを本当に確認したい場合）、心臓除細動器、または宇宙探査機の場合、これらのコストはおそらく負担する価値があります。

5ドルで販売されるたまごうちおもちゃを設計している場合は、おそらくそうではありません。

ある程度、同僚は正しいです。多くの目的で、広範な範囲のパラメーターを対象とする保守的な設計は、広範な分析とテストを必要とせずに、99.99％の時間で正常に機能します。

ケースの0.01％の失敗が許容できる場合、それで問題ありません。本当に。

設計最適化のコストと、その見返りとして得られるものの間のトレードオフを評価する必要があります。

あなたが受け取ったすべての答えは非常に良いです。しかし、対処されていないと思う他の側面が1つあります。あなたとあなたの会社の評判。私の場合、「頑健性」の側で「エラー」を好むでしょう。その理由は、さまざまな条件下で信頼性の高い動作をする回路を設計することで評判を得て、信頼できる製品を提供することで評判になるからです。他の（ほとんど）すべての考慮事項、私はそれらを私のマネージャー/監督者に任せます。
デザインが高すぎる場合、またはビルドとテストに時間がかかりすぎる場合は、マネージャーに「押し戻して」、コストを削減するか、より早く完了するようにデザインを変更するように指示します。だから、はい最小/最大値を使用することは良い習慣です。

コンポーネントがデータシートで許可されている動作の組み合わせを持っている場合に機能するデバイスを設計することは、実用的である場合には良い習慣です。残念ながら、多くのデータシートでは、デバイスの動作を十分に詳細に指定して動作可能にすることができません。

単純な例として、74HC374を使用し、2x4ビットシフトレジスタとして使用するために、出力Q0-Q5を入力D2-D7に直接配線するとします。このような設計は一般的であり、実際にはうまく機能します。ただし、一般的なデータシートでは、デバイスの最小伝播時間は0ns（クロックエッジに応じて出力が即座に変化する可能性がある）、および最小ホールド時間は2ns（デバイスの動作は次の場合に保証されないこと）入力はクロックエッジの2ns以内に変化します）。実際には、クロックエッジの2ns後に変化した場合に入力が誤動作する可能性のあるデバイスは、それよりも速く変化する出力を持つことはほとんどありませんが、データシートにはそれを保証するものはありません。理論的には、次の入力にフィードバックする前に各出力にRC遅延回路を追加することにより、正しい回路動作を保証できます。

メーカーが通常、正しいデバイス動作を保証するのに十分な情報を提供できない特定の理由があるかどうかはわかりません（たとえば、クロックがVILを超えたときから測定された、ロット内のデバイスの最速伝播時間がクロックがVIHを超えた時点から測定して、ロット内で最も遅いデバイスのホールドタイムを少なくとも__ns長くしますが、通常はそうしません。パラメーターのすべての組み合わせの下で正しい動作を保証するために追加の回路を追加することは可能ですが、そうすることにより、関連する回路のコストが倍になる場合があります。