在電子設計中，我們不會拿任何變化(huà)的(de)參數冒險，並希望能對設計的(de)失敗概率進行獨立的(de)分(fēn)析。典型的(de) PCB 設計包含數百個元器件，因此假定生產出來的(de)每塊 PCB 闆中數值恒定則是異想天開的(de)。
事實上，在生產電容器、電阻器、電感器和(hé)電晶體等電子元器件時，其數值都有一個容差率。這意味著，100 歐姆(Ohm) 的(de)電阻器實測時可(kě)能是 95 歐姆。在某些設計中，準確度至關重要，而數值的(de)變化(huà)可(kě)能影(yǐng)響到電路的(de)功能。
為更好地瞭解失敗概率，我們採用(yòng)蒙地卡羅分(fēn)析方法進行 PCB 設計。
什(shén)麼是蒙地卡羅分(fēn)析 (Monte Carlo analysis)
根據定義，蒙地卡羅分(fēn)析是使用(yòng)數學模型生成風險概率的(de)模擬過程。該方法基於分(fēn)析中不同的(de)實測參數提供一系列可(kě)能的(de)結果。該方法由一位二戰期間的(de)原子彈研製科學家提出。
蒙地卡羅分(fēn)析根據可(kě)能影(yǐng)響過程結果的(de)分(fēn)佈因素來生成預測情景結果。分(fēn)析時會考慮每個參數的(de)最大(dà)和(hé)最小閾值，並隨機反覆運算(suàn)不同數值的(de)模擬。
蒙地卡羅分(fēn)析中使用(yòng)了(le)各種類型的(de)概率分(fēn)佈。它們表示結果可(kě)能值的(de)分(fēn)佈情況，並透過長條圖呈現來清楚說明(míng)風險。常用(yòng)的(de)概率分(fēn)佈有高(gāo)斯 (Gaussian) 和(hé)均勻分(fēn)佈。
根據相關參數，完成蒙地卡羅分(fēn)析模擬可(kě)能需要數百或數千次反覆運算(suàn)。與單點分(fēn)析相比，蒙地卡羅法可(kě)以更好地分(fēn)析出可(kě)能出錯的(de)概率。
蒙地卡羅分(fēn)析與電路良率
現實中，當我們製造成百上千的(de)大(dà)量 PCB 時，都會期望所有錯誤均已發現並糾正。大(dà)量 PCB 存在缺陷這一情況是難以想像的(de)。
蒙地卡羅分(fēn)析有助於預測 PCB 製造中的(de)缺陷風險。
但是，PCB 製造中的(de)良率也(yě)必須考慮元器件的(de)容差。有時，參數的(de)變化(huà)會導緻製造的(de)部分(fēn) PCB 不合格。透過運行蒙地卡羅分(fēn)析，我們可(kě)以更清楚地預測所製造 PCB 的(de)狀況。
本質上，蒙地卡羅分(fēn)析是從指定容差中用(yòng)可(kě)能值替換參數，從而對特定電路進行一系列分(fēn)析，如瞬態、雜訊和(hé)交流 / 直流掃描分(fēn)析。
PCB 設計中何時需要蒙地卡羅分(fēn)析？
運行蒙地卡羅分(fēn)析通(tōng)常需要在模擬器上設置測試參數。所有 PCB 設計都需要這一過程嗎？
這完全取決於設計的(de)性質和(hé)大(dà)量生產時的(de)失敗風險。例如，在較大(dà)容差下(xià)也(yě)能正常工作的(de)簡單 LED 陣列設計就可(kě)能不需要進行蒙地卡羅分(fēn)析。
蒙地卡羅分(fēn)析對於 SMPS（開關式電源）設計非常有幫助。
但是，如果正在進行音(yīn)訊放大(dà)器、開關電源或高(gāo)頻應用(yòng)等設計，我們便需要瞭解元器件目前的(de)容差是否能夠保證最低不良率。
此外，借助模型庫中有 34,000 多(duō)個模型及可(kě)用(yòng)參數資訊的(de)工具，在進行蒙地卡羅分(fēn)析時，參數設置可(kě)能遠比最初想像的(de)簡單。例如，透過強大(dà)的(de) SPICE 工具，分(fēn)配不同的(de)容差輕而易舉。
普通(tōng)蒙地卡羅分(fēn)析無法像 OrCAD / Allegro 高(gāo)級工具包那樣提供完整的(de)良率分(fēn)析。無論是透過多(duō)目標法來分(fēn)析設計所需的(de)各種需求，還是透過動態良率計算(suàn)器實現最小和(hé)最大(dà)範圍的(de)動態更改，高(gāo)級的(de)蒙地卡羅分(fēn)析工具都可(kě)以使良率優化(huà)過程更加有效和(hé)高(gāo)效，尤其是對於產品分(fēn)割、產品差異化(huà)或滿足多(duō)個用(yòng)戶群體的(de)需求而言。
透過使用(yòng)帶有蒙地卡羅分(fēn)析工具的(de) PCB 設計軟體防患於未然，採用(yòng) OrCAD / Allegro PSpice 工具，可(kě)以對蒙特卡洛模擬進行靈活設置，準確估測良率。
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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