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Was ist Derating?

Betrieb von Bauteilen mit Abstand zu ihren Nennwerten für Spannung, Strom, Temperatur usw. statt an der vollen Belastungsgrenze, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Typische Richtlinien sind höchstens 70 bis 80 % der Nennspannung oder eine Sperrschichttemperatur von höchstens 125 °C bei einem Maximum von 150 °C.

Japanische Bezeichnung: ディレーティング

„Derating“ kommt in 6 Übungsfragen aus 4 Themen vor, z. B. Timing-Analyse und CDC, Datenblätter lesen, Leistungshalbleiter.

Fachgebiet: Datenblätter lesen

Jetzt üben: Fragen zu Derating

Was ist der Hauptgrund dafür, bei der Auswahl von Leistungsbauelementen eine Reserve zur Nennspannung zu lassen und ein Bauelement mit höherer Sperrspannung als der tatsächlichen Betriebsspannung zu verwenden (Derating)?

  1. AUm Zuverlässigkeit gegen Überspannungen beim Schalten und Ausfälle durch kosmische Strahlung zu sichern
  2. BUm den Bauteilpreis zu senken
  3. CUm den Durchlasswiderstand zu senken
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: A. Um Zuverlässigkeit gegen Überspannungen beim Schalten und Ausfälle durch kosmische Strahlung zu sichern

In realen Schaltungen kommt beim Schalten die Überspannung durch parasitäre Induktivitäten hinzu, und beim Dauerbetrieb bei hoher Spannung erzeugen Neutronen aus kosmischer Strahlung im Bauelement Ladung, sodass die Wahrscheinlichkeit plötzlicher Zerstörung (Single-Event Burnout) mit der Spannung stark steigt. Daher wird üblicherweise ein Bauelement mit etwa dem 1.5-Fachen der Betriebsspannung als Nennwert gewählt, etwa ein 650-V-Bauelement für eine 400-V-Schaltung. In großer Höhe wird die Reserve noch größer gewählt.

Als OCV-Derating werden bei der Setup-Analyse die Verzögerungen des sendenden Taktpfads und des Datenpfads mit 1,1 und die des empfangenden Taktpfads mit 0,9 multipliziert. Wie groß ist der Setup-Slack bei einem sendenden Taktpfad von 1,0 ns, einem Datenpfad (einschließlich Clock-to-Q) von 1,5 ns, einem empfangenden Taktpfad von 1,0 ns (ohne gemeinsamen Abschnitt), einer Periode von 3,0 ns und einer Setup-Zeit von 0,1 ns?

  1. A1,05 ns
  2. B1,40 ns
  3. C1,25 ns
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: A. 1,05 ns

OCV-Derating berücksichtigt, dass Verzögerungen auch innerhalb desselben Chips je nach Ort streuen, und nimmt für Setup die ungünstigste Kombination an (Sendeseite langsam, Empfangstakt schnell). Die Ankunftszeit beträgt 1,1 × (1,0 + 1,5) = 2,75 ns, die geforderte Zeit 3,0 + 0,9 × 1,0 − 0,1 = 3,8 ns; der Slack beträgt also 1,05 ns. 1,40 ns ist der Wert ohne Derating, 1,25 ns der Wert, bei dem nur der Datenpfad mit dem Faktor multipliziert wurde. Bei der Hold-Analyse werden die Faktoren umgekehrt angewandt.

„Derating“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Derating“ (6)

  1. Was ist der Hauptgrund dafür, bei der Auswahl von Leistungsbauelementen eine Reserve zur Nennspannung zu lassen und ein Bauelement mit höherer Sperrspannung als der tatsächlichen Betriebsspannung zu verwenden (Derating)?
  2. Als OCV-Derating werden bei der Setup-Analyse die Verzögerungen des sendenden Taktpfads und des Datenpfads mit 1,1 und die des empfangenden Taktpfads mit 0,9 multipliziert. Wie groß ist der Setup-Slack bei einem sendenden Taktpfad von 1,0 ns, einem Datenpfad (einschließlich Clock-to-Q) von 1,5 ns, einem empfangenden Taktpfad von 1,0 ns (ohne gemeinsamen Abschnitt), einer Periode von 3,0 ns und einer Setup-Zeit von 0,1 ns?
  3. Welche Erklärung der CRPR (Entfernung des Pessimismus des gemeinsamen Pfads), die in einer STA mit OCV-Derating durchgeführt wird, wenn sendender und empfangender Taktpfad bis zu einem Punkt gemeinsam verlaufen, ist richtig?
  4. Wie groß ist die Kollektorverlustleistung eines Transistors, der bei einer Kollektor-Emitter-Spannung von 5 V und einem Kollektorstrom von 100 mA betrieben wird?
  5. Welche Aussage beschreibt das Prinzip des „Deratings“ von Bauteilen zutreffend?
  6. Ein IC mit der maximalen Sperrschichttemperatur Tj(max) = 125 °C und θJA = 50 °C/W wird bei einer Umgebungstemperatur Ta = 85 °C betrieben. Wie hoch ist die zulässige Verlustleistung höchstens?

Verwandte Begriffe

OCV (On-Chip-Variation) Slack Bitfehlerrate (BER) Setup-Zeit CRPR (Clock Reconvergence Pessimism Removal) STA (statische Timing-Analyse) Wärmewiderstand Burn-in Zulässige Verlustleistung 5-V-tolerant

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