原创 工程计算那点事儿

        近日，有几位朋友跟我邮索工程计算方法的资料，即哪些地方需要计算、如何计算的相关内容。实在抱歉的是，外面的公开出版物上，除了一份《GJB89-97电路容差分析指南》，个人觉得还有点参考价值外，其他资料确实尚未发现。自己总结的资料有一些，但比较零散，容后逐步整理出来，发在博客里，以飨诸位。

        曾经有那么两次，有工程师兄弟跟我说，讲的东西和道理都似曾相识，但确实听不太懂，我当时开玩笑说得查查他的学历证书看是克莱登大学 or 西太平洋大学的。玩笑归玩笑，此问题还是要解决的，因为这也确实代表了一种普遍现象。就是缺乏一个数学和工程之间的桥梁。此文要解决的就是这样一件事儿。

        先说第一步，哪些地方需要进行计算，计算分为精确计算和估算两种，也有些地方实在不好计算的，可以通过测试，得到数据后再计算。明细如下：

1、功率器件

功率器件是必须计算的，计算中需要注意的三点问题：功率和结温降额是否足够；通过热阻 / 热耗 / 温差三者之间的计算式连测带求的得出结温、通过实测或查阅datasheet得出实际工作功率；最后在负荷特性曲线上描出在该（T，P）坐标系里实际的工作点，看稳态工作的工作点是否在降额后负荷特性曲线范围内。

这里的功率器件包括：驱动芯片、电源转换器件…

 2、大的IC

大的IC，看起来似乎很大，但其核心的硅片，在整个封装中占的面积很小，这样，看似很小消耗的低功耗模式，若集中于某很小的一点上，其温度也是不可小视的。因此，结温的降额是大IC的一个核心关注点，热失效是大IC的主要失效模式。

计算方法同功率器件。

 3、放大电路

放大电路自身倒没有发热的问题，但环境的热对其影响较大，因为放大电路对精度要求较高，而器件的参数里，都有一个指标脚温度系数，有的器件参数是温漂。反正是外界温度的变化都会导致器件参数的变化，参数变化了，方法倍数漂了，测量的结果自然需要关注。此时的计算方式是WCCA（最坏电路情况分析），将可能漂出去的最坏的组合情况找出来，计算出其最大误差的结果来，看是否可接受，如不能接受，则调整参数重新设计来过。

以上是时候的补救方式，还有一种事前预防性计算的方式。就是用偏微分求导的方式，将各器件对最终放大倍数误差的影响的关系式求出来，通过理论分析进行精度分配，这样在电路设计之前，选型之初的器件精度就可以确定了。

 4、上拉电阻

上拉电阻选择上，常用的经验值大多数时候也是没问题的，但不经过计算，我们并不明晰其余量和风险，所以当在实验室和现场，负载不同的时候，上拉电阻的阻值到底是否最佳，其能容忍负载电流的上限是多少，我们需要在使用之前就了然于胸，而不是交够了学费，才通过凑数值的方式，找出最佳的阻值来。

 5、电容

电容的用法有两种，退耦旁路、储能。

电容有多个参数指标：容值、温度范围、容值误差、ESR、漏电流、直流耐压、高频特性…

在不同应用场合，首先要确认的是本电容的作用，退耦旁路用的是其高频特性；储能用的使其容值。关注的重点和选型计算公式都是不一样的。退耦关注的是其高频特性，储能关注的主要是容值。注意：别的指标不是没用，只是不用太多计算而已。

 6、防护器件

防护器件包括保险丝、TVS、压敏电阻、气体放电管等，其作用就是保护，无论防雷击浪涌还是上电浪涌，亦或是防电流过载，电压、过载电流和持续时间是主要的关注内容。此器件参数的选择有点微妙，宜大于实际工作的任何正常状态下的最大应力，但又须小于非正常应力的最小值。此参数选型的一大难点是现实中的应力常是难以捕捉到的，防护器件起作用时，甚至被烧坏了的时候，到底那个应力有多大，我们并不知晓。我对此也有点犯愁。目前也只是按照标准来进行选型和测试，或按照设计经验适当留点余量。

 （未完待续）

7 、滤波器件和滤波电路

8、接口匹配

9、电缆屏蔽、接插件

10、开关类器件

11、半导体器件的控制电路

12、AD的位数

13、运算时间

14、传感器

15、接地