降額的秘密——不要挑戰(zhàn)datasheet！

原文來自微信公眾號(hào)：工程師看海

什么是降額設(shè)計(jì)？我們?yōu)槭裁匆殿~？

額指的是額定工作狀態(tài)，降額就是保障我們電子電路的器件工作條件在額定范圍之內(nèi)，專業(yè)點(diǎn)講就是元器件的使用應(yīng)力低于額定應(yīng)力。降額如果降的越多，那么對(duì)元器件的要求就越高。

1. 為什么要講降額設(shè)計(jì)？

有兩個(gè)原因，一個(gè)原因是提高系統(tǒng)可靠性，提高產(chǎn)線良率，降低產(chǎn)品故障率；另一個(gè)原因是：省錢錢。比如設(shè)備最大需要1A的電流，你卻選擇了可以承受100A的電感，能用是能用，但這錢不就白花了嗎？這就是過設(shè)計(jì)。單獨(dú)1個(gè)設(shè)備成本相差的不多，但是對(duì)于出貨幾百萬幾千萬臺(tái)的設(shè)備，成本相差的可不是一星半點(diǎn)了。

硬件工程師除了設(shè)計(jì)電路之外，另一個(gè)重要的工作內(nèi)容就是在成本和性能之間做權(quán)衡，做到在盡量低的成本下，做到性能和穩(wěn)定性的最佳折中，就是你花更少的錢，做的產(chǎn)品性能和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣，甚至更好，俗稱“行業(yè)內(nèi)卷”。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)、在選用元器件時(shí)，一定要對(duì)參數(shù)仔細(xì)評(píng)估，切記不可隨意挑戰(zhàn)datasheet或spec。

2. 具體怎么做呢？

比如電容GRM32ER60E337ME05額定電壓是2.5V，如果降額20%，那就是按照（1-20%）*2.5=2V環(huán)境下使用；如果降額30%，那就是按照（1-30%）*2.5=1.75V環(huán)境下使用，給額定工作電壓留一點(diǎn)余量。

有的工程師提出反對(duì)意見，比如上面提到的電容，有的人會(huì)說，“雖然電容手冊(cè)里標(biāo)注的額定工作電壓是2.5V，但是他們一直按照3V使用都正常，那就不用管降額了，也不用管datasheet了，以后就按照3V用。”

這可是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难邪l(fā)態(tài)度，風(fēng)險(xiǎn)非常大，我們內(nèi)部常說“對(duì)技術(shù)要保持敬畏之心”，我們雖然需要對(duì)電容的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試摸底、小批量試產(chǎn)驗(yàn)證、大批量市場(chǎng)驗(yàn)證，但是即使超額驗(yàn)證都正常，我們也不應(yīng)該超datasheet使用。

這是因?yàn)?，元器件廠家只對(duì)他們的datasheet負(fù)責(zé)，他們認(rèn)為只有在手冊(cè)條件下使用器件，才是安全可靠的，超過手冊(cè)的條件將不能保證性能和可靠性，他們也就不會(huì)對(duì)此負(fù)責(zé)。

3. 為什么有的人超額使用卻沒有暴露出問題呢？

有3個(gè)原因，第一個(gè)原因是，器件廠商會(huì)給自己也留一點(diǎn)余量，雖然寫的耐壓是2.5V，但實(shí)際可能是3.0V，給自己留點(diǎn)buffer。

第二個(gè)原因是概率事件，性能參數(shù)的模型接近正態(tài)分布，就是大部分電容的性能參數(shù)都是很不錯(cuò)的，只有極少數(shù)電容性能參數(shù)不夠，可能數(shù)量很少的電容額定值超過3.0V，小批量生產(chǎn)時(shí)沒有暴露出來。

第三原因是，廠家的生產(chǎn)制作工藝影響，比如某型號(hào)的元器件，長(zhǎng)期以來都是使用的舊產(chǎn)線，工藝落后，MOS等器件做的厚，耐壓值就高。后來為了提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)行產(chǎn)線整合，統(tǒng)一更換為新產(chǎn)線，新產(chǎn)線工藝先進(jìn)，做的管子薄，耐壓值低，但是依然在datasheet要求之內(nèi)。比如電容那壓值由剛開始的3.0V降低到2.6V，依然搞過datasheet中的2.5V，如果此時(shí)硬件工程師還是按照以前的經(jīng)驗(yàn)超datasheet的3.0V使用，那么就很可能會(huì)出現(xiàn)大面積不良。

所以，硬件工程師一定要學(xué)會(huì)科學(xué)合理降額，學(xué)會(huì)科學(xué)合理地省錢。

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原文來自微信公眾號(hào)：工程師看海

審核編輯黃宇