Worst-Case Circuit Analysis – Maple Flow

Mathematische Werkzeuge für die Worst-Case-Schaltkreisanalyse

  • Ableitung von Schaltungsgleichungen
  • Analyse von Schaltungstoleranzen mit WCCA, EVA, RSS, Monte-Carlo-Simulation und Sensitivitätsanalyse
  • Entwurfsberichte generieren

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Verwendung der Worst-Case-Schaltkreisanalyse
Die Worst-Case-Schaltkreisanalyse (WCCA oder Worst-Case Circuit Analysis) ist eine Reihe von Techniken zur Bestimmung der Leistung elektronischer Schaltkreise unter extremen Umwelt- oder Betriebsbedingungen. Die WCCA zeigt, wie sich die Kombination von Parametervariationen auf die Schaltungsleistung auswirkt, und hilft der Fachkraft des Ingenieurwesens, das Design so zu gestalten, dass das Gesamtsystem während seines Lebenszyklus konform bleibt.

Wenn Sie Maple oder Maple Flow zur Verwaltung Ihrer Worst-Case-Analyseprojekte verwenden, können Sie ZEIT SPAREN und FEHLER REDUZIEREN, indem Sie potenzielle Probleme identifizieren. Diese können durch Min-Max-Schwankungen von Temperatur, Spannung, Strom und anderen Faktoren entstehen, die sich auf die Leistung des Systems auswirken. Die Verwendung von Variablen zur Darstellung der Parameter in Ihren WCCA-Gleichungen macht es einfach, Änderungen vorzunehmen und die Ergebnisse in Ihrem Arbeitsblatt zu aktualisieren.
  • Verwenden Sie Maple Flow, wenn Sie einen mathematischen Notizblock benötigen, um Berechnungen und Gleichungen effizient in Ihre WCCA-Berichte zu kombinieren.
  • Verwenden Sie Maple, wenn Sie eine Berechnungslösung wünschen, die tiefere Analysen und eine bessere Kontrolle über die Berichterstellung unterstützt, und wenn Sie eine Verbindung zu anderen Design-Tools oder Codebases benötigen.

Sind Sie ein Mathcad-Anwender?

Für Mathcad-Anwender, die auf Maple Flow umsteigen, gibt es spezielle, günstige Upgrade-Preise.

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Do you want to work on mathematically-focused problems, solve larger systems, and develop algorithms? Check out Maple
WCCA mit  
Maple Flow bietet eine einfach zu bedienende, frei gestaltbare Berechnungsumgebung für die Erstellung Ihrer WCCA-Berichte.
  • Formatieren Sie WCCA-Berichte in einem klaren, professionellen Layout, mit Anmerkungen, Bildern und Referenzen.
  • Ableitung und Anwendung von Gleichungen für Schaltkreise, wobei diese in verständlicher, natürlicher mathematischer Notation dargestellt werden.
  • Ihre Berechnungen sind LIVE. Die Ergebnisse werden automatisch aktualisiert, wenn sich die Parameter während des Entwurfsprojekts ändern.
Was Fachkräfte des Elektroingenieurwesens an Maple Flow lieben:
"Es hat Fehler bei der Umrechnung von Einheiten eliminiert"
Weisen Sie Einheiten zu, wenn Sie Variablen definieren, und lassen Sie sie durch Ihren Bericht kaskadieren.
"Die Solver-Befehle sind sofort einsatzbereit"
Greifen Sie auf über 5000 effiziente mathematische Funktionen zu und sparen Sie Zeit mit EVA, Monte Carlo, parametrischer Analyse und RSS-Analyse.
"Ich kann problemlos Daten aus Komponentenreferenzlisten importieren"
Importieren Sie Daten aus Tabellenkalkulationen und Text zur Verwendung in WCCA-Berechnungen.
WCCA mit  
Maple ist ein leistungsfähiges technisches Berechnungswerkzeug, das einen schnelleren, effizienteren WCCA-Prozess unterstützt und mit Ihrer bestehenden Toolchain zusammenarbeitet.
  • Konsolidieren Sie Ihre Berechnungsschritte in einem Werkzeug, indem Sie Maple für die Erstellung, Analyse und Präsentation von Gleichungen und Ergebnissen verwenden.
  • Führen Sie mit Maple Flow alle mathematischen Berechnungen durch, die Sie durchführen können.
  • Stellen Sie eine Verbindung zu Ihrer vorhandenen Toolchain für die Elektronikentwicklung her, um Netzlistendaten und Komponenten-Eigenschaftsdateien in Ihre Gleichungen einzubeziehen.
Was Fachkräfte des Elektroingenieurwesens an Maple lieben:
"Die Weitergabe von Ergebnissen zwischen Tools vermeidet manuelle Eingabefehler"
Erstellen Sie Maple-Arbeitsblätter, die die Parameter von Schaltkreis-Design-Tools aktualisieren und in Ihre Spannungsanalyse, Derating-Grenzwerte, Stücklisten und Endergebnisse einfließen lassen, wenn sich die Designspezifikationen ändern.
"Ich spare so viel Zeit, indem ich wiederverwendbare Vorlagen erstelle"
Erstellen Sie wiederverwendbare Bibliotheken von Schaltkreisgleichungen und Spezialfunktionen in Maple, die Sie in neuen Projekten einsetzen können.

Beschleunigung der mathematischen Analyse


Maple Flow und Maple können fortschrittliche mathematische Befehle mit Diagrammen und Gleichungen kombinieren, so dass Sie Ihre Analysen schneller aktualisieren und Ergebnisse generieren können. Maple bietet auch eine hochentwickelte Programmiersprache, mit der Sie Ihre Datenanalyse weiter ausbauen können. Sie können diese mathematisch basierten Techniken leicht implementieren:
  • Extremwertanalyse (EVA)
    • Das Verhalten einer Schaltung wird für jede Permutation der extremen Komponentenparameter simuliert. So wird z. B. ein Widerstand von 5 Ω ± 5 % bei 4,75 Ω und 5,25 Ω in Kombination mit jeder Permutation der Extremwerte für alle anderen Komponenten simuliert.
    • Es können sowohl symmetrische als auch asymmetrische Toleranzen umgesetzt werden.
  • Monte-Carlo-Analyse (MCA)
    • Die Parameter werden nach dem Zufallsprinzip aus einer Verteilung ausgewählt, und die Schaltung wird zwischen 1000 und 100000 Mal simuliert.
    • Sie können Histogramme erstellen, die Minimal- und Maximalwerte berechnen, die statistische Verteilung der Ergebnisse anzeigen und vieles mehr.
  • Sensitivitätsanalyse (SA)
    • Sie können die symbolischen oder numerischen partiellen Ableitungen der Schaltung in Bezug auf jeden Komponentenparameter berechnen. Diese können zur Störung der Schaltungsgleichungen verwendet werden.
    • Sie können das frequenzabhängige Verhalten mit Phasen- und Amplitudenplots analysieren.
  • Wurzel-Summen-Quadrat-Analyse (RSS)
    • Dabei wird ein statistischer Ansatz verwendet, bei dem davon ausgegangen wird, dass die meisten Komponenten in der Mitte des Toleranzbereichs liegen und nicht an den Extremen.
  • Optimierung
    • Sie können die Schaltungsgleichungen optimieren, indem Sie die Komponentenwerte innerhalb eines bestimmten Bereichs variieren.

Sie können auch symbolisch Stromkreisgleichungen ableiten, indem Sie die Kirchoff'schen Strom- und Spannungsgesetze anwenden. Die resultierenden Gleichungen können symbolisch umgeordnet und vereinfacht werden. Handelt es sich bei den Gleichungen um Übertragungsfunktionen, können Sie aus den Übertragungsfunktionen Phasen- und Betragsdiagramme erstellen.

Anhand der Ergebnisse können Schaltungen so umgestaltet werden, dass Ausfälle aufgrund von Parametervariationen minimiert werden (oder eine ursprünglich überdimensionierte Schaltung kann mit weniger kostspieligen Komponenten, die eine breitere Parameterverteilung aufweisen, billiger hergestellt werden).
Sehen Sie, wie Maple Flow Ihre Entwurfsarbeitsblätter verbessern kann.

Anwendungen für die Worst-Case-Schaltkreisanalyse

Entdecken Sie, wie Fachkräfte des Elektroingenieurwesens Maple Flow und Maple für die Toleranzanalyse von Komponenten in elektronischer Hardware verwenden.


Verbesserung der Zuverlässigkeit unter ungünstigen Betriebsbedingungen

Der Einsatz von WCCA zielt darauf ab, einen akzeptablen Betrieb unter den extremsten Bedingungen und bei unsachgemäßer Anwendung zu gewährleisten. Vor der Beschaffung von Teilen können Fachkräfte des Ingenieurwesens eine Extremwertanalyse (EVA) durchführen, um die mathematische Empfindlichkeit von Komponentenparametern zu bestimmen und die Minimal-/Maximalwerte in Maple Flow zu dokumentieren. Dadurch wird vermieden, dass man sich zu sehr auf Tests verlässt, die nur für ein bestimmtes Los gelten und die Hardware überlasten können, wenn die Komponenten extremen Bedingungen wie Temperatur, Spannung, Leistung usw. ausgesetzt werden.


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Verstehen Sie die Teile mit den größten Auswirkungen

Einige Komponenten haben einen größeren Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Schaltung als andere. Bei Stromversorgungen, Steckverbindern und Schnittstellen wird erwartet, dass die Leistung auch im Normalbetrieb variiert, aber jedes Bauteil hat einen Einfluss darauf. Mit der Empfindlichkeitsanalyse (SA) wird ermittelt, wie stark sich eine bestimmte Schaltungseigenschaft verändert, wenn sich die Eingangswerte der Komponenten ändern. Die Ergebnisse fließen in die Entwurfsspezifikationen der Schaltung ein und können dazu verwendet werden, um aufzuzeigen, welche Teile für die Qualitätssicherung oder für zusätzliche Tests vorrangig zu behandeln sind.


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Kontrolle von Schwankungen im Herstellungsprozess

Elektrische Bauteile (z. B. Widerstände und Kondensatoren) werden in großen Mengen hergestellt. Unstimmigkeiten bei den Rohstoffen oder der Verarbeitungsqualität können die Leistung der Bauteile beeinträchtigen. Angesichts der Anzahl der Komponenten in einer Schaltung und der Verteilung ihrer Parameter kann es sein, dass die Schaltung nicht wie angegeben funktioniert. Dieses Risiko muss bereits in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses erkannt, gesteuert und gemindert werden.

Die Leistungsschwankung kann eine statistische Verteilung haben (z. B. könnte der Widerstand einer Reihe von Widerständen durch eine Normalverteilung beschrieben werden). Fachkräfte des Ingenieurwesens können die Rechenleistung von Maple Flow nutzen, um Root-Sum-Square- (RSS) oder Monte-Carlo-Analysen durchzuführen, um die Bauteiltoleranzen zu bewerten und die Spielräume im Schaltungsentwurf festzulegen.


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Identifizierung von Designproblemen und Leistungsschwellen

Maple Flow ist das ideale Werkzeug für die Zusammenstellung der Überlegungen zum Schaltungsentwurf. Gleichungen und Diagramme können mit dem flexiblen, papierähnlichen Arbeitsblatt neben den Entwurfsnotizen hinzugefügt werden. Wichtige Entwurfsabschnitte wie Sicherheitsschwellenwerte, Materialeigenschaften und Annahmen über Alterung und Umweltbedingungen können klar dargestellt werden, um ein ausgefeiltes, professionelles technisches Dokument zu erstellen.


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Verbesserung des WCCA-Prozesses mit Maple

Der Aufwand für die Bewertung und den Bericht einer Worst-Case-Schaltkreisanalyse ist hoch, und je früher sie abgeschlossen werden kann, desto besser, denn die Ergebnisse können wichtige Konstruktionsentscheidungen beeinflussen. Daher muss die mit der WCCA beauftragte Fachkraft des Elektroingenieurwesens die Berechnungen schnell und genau durchführen, aber auch schnell reagieren können, wenn sich der Projektumfang ändert oder andere Teile eingesetzt werden. Da die meisten Fachkräfte des Ingenieurwesens eine Vielzahl von Softwareanwendungen für das Elektrodesign verwenden (AltiumTM, LTSpice und andere), ist es von großem Nutzen, die Schritte der Designdokumentation zu automatisieren und zu rationalisieren.

Hier kann die erstklassige technische Berechnungssoftware Maple bei der Verwaltung der zugrunde liegenden Gleichungen und Ausdrücke helfen. Maple bietet flexible Optionen für die Integration von elektrotechnischen Daten und Komponenteneigenschaftslisten aus mehreren Quellen und bietet integrierte Skript- und Datenanalysefunktionen, die die Erstellung von WCCA-Berichten beschleunigen.

Der gesamte Prozess kann durch die Anwendung dieser Grundsätze beschleunigt werden:

  • Erfassen Sie Informationen zum Schaltungsentwurf, z. B. Netzliste, Subsystemvariablen und Quelllastinformationen, und verwenden Sie Maple (zusammen mit dem kostenlosen Zusatzpaket Syrup), um die Informationen für die Analyse aufzubereiten.
  • Der Arbeitsablauf wird durch die Verringerung der Anzahl von Berechnungswerkzeugen, die zur Weitergabe von Ergebnissen verwendet werden, erheblich vereinfacht. Wenn die Fachkraft des Ingenieurwesens die Parameter definiert und die gesamte Spannungsanalyse und die Berechnungen der Derating-Grenzen in Maple durchführt, können die Ergebnisse und wichtige Konstruktionsinformationen wie die Stückliste zusammen in einem Bericht im selben Tool dargestellt werden.
  • Die Erstellung eines Repository zur Speicherung von Komponentendaten und Prozeduren auf einem Netzlaufwerk, das allen Benutzenden zur Verfügung steht, ermöglicht Maple die dynamische Verknüpfung mit den Eigenschaftstabellen, so dass die Parameterwerte (min, nom, max) in Gleichungen und weitere Analysen eingegeben werden können.
  • Die in Maple enthaltenen Anwendungen "Optimierung" und "Parameter Sweep" sparen viel Zeit bei der Arbeit mit Gleichungen, und die Befehlszeilen-Solver können aus der Analyse heraus aufgerufen werden. Dies spart Zeit bei der Arbeit mit Teilschaltungen und bei der Erstellung von Spannungsanalysen und der Ermittlung der Derating-Grenzwerte.
  • Eine übersichtliche Darstellung der Daten und Analysen erleichtert die Überprüfung durch Mitwirkende oder die Weitergabe der Projektarbeit an andere Teams. Die Erstellung von Tabellen mit Abschnittszusammenfassungen im Maple-Arbeitsblatt hebt die wichtigsten Ergebnisse hervor und bleibt auch dann aktuell, wenn die Entwurfskriterien oder die Komponentenauswahl weiter oben im Arbeitsblatt geändert werden.

Sobald die Fachkraft des Elektroningenieurwesens mit Maple vertraut ist und es regelmäßig in einer Toolchain einsetzt, wird festgestellt werden, dass die Fehlerquote bei der Umrechnung von Einheiten und der manuellen Dateneingabe stark abnimmt und dass die WCCA-Berichte erheblich schneller erstellt werden können - Berichte, deren Erstellung früher 3 bis 4 Wochen dauerte, können jetzt in wenigen Tagen erstellt werden.


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