一，降额设计
1，元器件额定值
元器件制造商根据其环境和操作限制，设定的额定值会影响到元器件使用者和设备制造商的决策。我们一般在元器件硬件规格书（HW Spec/Datasheet）中看到两类额定值：最大绝对值（Maximun）和推荐工作条件（Recomand）：
1. 最大绝对额定值是元器件可靠使用的界限；
2. 推荐的运行条件是指元器件数据表中给出的保证元器件电性能和规格的条件。
一般来说，当元器件在推荐运行条件和最大绝对额定值之间运行时，虽然不能保证元器件符合数据表中的每项电气特性，应该不会出现物理失效或者可靠性问题。我们将安全极限引入最大绝对值（Maximun）中是为了保证元器件在推荐运行条件下工作。
元器件硬件规格书（HW Spec/Datasheet）中最大绝对值（Maximun）包括了工作和环境的界限：功率、额定功率、输入/输出电压、工作温度以及存储温度。国际电工委员会对最大绝对值（Maximun）的定义是：在已发布的数据中规定的，适用于某种特定用途的电子元器件的工作和环境极限值，在可能出现的最坏的情况下也不应超过的极限值。一般元器件制造商用极限值来表明元器件可接受的实用性，如果设备制造商在使用中超过极限值导致了器件工作异常，制造商概不负责。
国际电工委员会表示：设备制造商设计的目的应该是在寿命周期内，如果电源电压异常、设备组件异常、设备控制调制器、载荷异常、信号异常、环境条件以及元器件特性异常的可能出现的最坏的工作条件下，该设备中的某个元器件和其它所有电子元器件在完成预期的服务功能时，最大绝对值不应被超过。
极限值是我们在任何情况下都不可超过的极限值，但有一种特殊情况是：过冲（Overshoot）；它包括了上过冲和下过冲；如果器件规格书中注明了具体过冲的大小，那么以过冲指标为准，如果没有过冲指标则以最大绝对值为准。
如上所述，一般情况下元器件制造商声明元器件在推荐工作条件（Recomand）和最大绝对值（Maximun）之间运行时，虽然元器件性能可能会受到影响，但其使用寿命不会受到影响；从另外一个角度来说：在低于最大绝对值（Maximun）条件下可以保证元器件可靠性的问题。
我们需要认识到设备所提供的器件工作条件并非是完全稳定的；举个例子，元器件电源最大绝对值是4.0V（推荐值3.0V~3.6V），我们外部供电4.0V，是否有问题呢？我认为这有很大的概率会有问题的，我们需要考虑到电源的波动性（上下电瞬间、负载变化瞬间等等），电源纹波、噪声等对电源电压的影响；所以在这种情况下，长期工作可能会影响到元器件的可靠性。
元器件制造商提供了推荐工作条件：电压、温度范围、输入上升沿/下降沿时间等参数，只有我们根据元器件的推荐工作条件下使用，元器件制造商才能保证它们的电气参数。
产品的应力极限通常是由制造商指定的应力极限和一些“降额”标准综合决定的，降额是指使电子元器件的使用环境和运行范围低于其制造商设计的额定值的做法。它的目的是降低作用于元器件上承受的应力（电气、热、机械等）；1，当失效机理为损耗型失效时，低应力可以延长使用寿命；2，当失效机理为过应力失效时，这种方法也被认为是通过提供“安全极限”来提供一个安全的工作条件。如下左图所示，当器件的应力分布和强度分布存在干涉区时（过应力失效），会存在潜在的可靠性问题；此时我们将应力区向左移（降额设计），使得应力分布低于强度（器件规格）。
如下图所示，当元器件强度随着时间变化（损耗型失效），造成强度与载荷之间产生干涉区，我们也可以用降额设计来延长元器件的使用寿命。
3，如何降额
“降额”的定义表明了其包含两个步骤：1，根据元器件制造商提供的数据手册（HW Spec/Datasheet）确定一个额定应力值；2，以此为基准指定某个更低的额定值。由降额所提供的安全界限值是指元器件可接受的最大实际应力和该元器件的“论证极限”的差异。制造商的数据手册中规定的元器件能力被视为“论证极限”，而某种应力值的上限与制造商给出的实际极限无关。设备制造商设计人员倾向于使用保守应力，而会使总的生产率受到影响，元器件制造商在选择工作极限的同时已经提供了安全极限（元器件制造商提供的“额定应力值”已经有“降额”了），而当设备制造商降低该额定值值时，又进一步有效地增加了安全极限水平。
一般情况下，元器件制造商在给出器件参数规格时做了裕量设计，这是为什么呢？因为器件的强度会随时间变化，只有留足了裕量才能保证元器在寿命周期内都能满足数据手册（HW Spec/Datasheet）要求；硬件工程师在设计时又增加了系统级的“降额”设计，那么相当于再增加了一道“保险”，如此便有了“双保险”。
元器件的降额设计在不同公司和产品而存在很大差异，较大的设备和系统制造商经常会开发和使用各自的降额标准。
虽然降额的目的是为了提供一个安全界限，但实际上却演变成针对不充分的鉴定和验收标准的有意识的防范措施，降额的另一个作用是防止出现异常和低于标准的零部件。我们假设将采用的元器件不会落入一个较窄的质量或性能特性范围中，同时还假设降额后的参数可以避免偶然失效。由于这种假设存在任意性，它们并非建立在合理的科学和工程学的原理和计算结果之上，而是大多数都基于经验、最好的工程评估和某个保守的观点。因此降额要求只需要简单量化一下，例如：80%，50%等。
4，降额设计工作
我们现在已经知道：元器件的降额设计是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值；通过限制元器件所承受应力的大小，达到降低器件的失效率，提到系统可靠性的目的。
降额设计的工作内容是依据降额准则确定元器件的降额等级、降额参数和降额因子，并根据确定的降额等级、降额参数和降额因子对元器件进行降额分析与计算，撰写降额设计报告。
1. 降额准则是降额设计的依据和标准，我国军用标准GJB/Z 35《元器件降额准则》，一般对国产元器件采用GJB/Z 35进行降额设计。美国军标MIL-STD-975是在1976年发行，是目前军用、民用和制造商使用的降额准则基础（国外元器件根据该规范进行降额设计）；
2. 降额等级划分；我国军标GJB/Z 35《元器件降额标准》，美国罗马实验室，波音公司和海军航空系统司令部都采用三级降额标准；其根据元器件所在的设备或系统在整个系统的可靠性运行中的重要度和临界点进行分类：Ⅰ级降额（最大降额）、Ⅱ级降额（中等降额）、Ⅲ级降额（最小降额）；
1, Ⅰ级降额：是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大，如果采用超过它的更大降额，一般对元器件可靠性提高有限；其主要适用于：1，设备的失效将导致人身安全或设备本身眼中破坏,2，对设备有高可靠性要求，且采用新技术、新工艺的设计；3，设备失效后无法或不宜维修的；Ⅰ级降额对设备的尺寸和重量将有显著地增加；
2, Ⅱ级降额：是中等降额，对元器件使用可靠性有显著的提升，同时在设计上相比于Ⅰ级降额更容易实现；其主要适用于：1，设备的失效将可能引起设备的损坏；2，有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；3，需交付较高的维修费用；
3, Ⅲ级降额：其适用于：1，失效不会造成人身安全和设备本身损坏；2，设备采用成熟的标准设计；3，失效设备可迅速、紧急地加以修复。
我国国家军用标准GJB/Z 35 《元器件降额标准》推荐的元器件在不同应用情况下的降额等级，如下表所示。
3. 降额参数：指的是影响元器件失效率的有关性能参数和环境参数；如下表所示。
不同的电子元器件所要考虑的应力因素是不一样的，有的是电压，有的是电流，有的是温度，有的是频率，有的是振动等等；
4. 降额因子：是指元器件工作应力与额定应力之比；降额因子一般＜1（如果=1，那么就是没有降额，如果>1则表示升额），而且有一个最佳范围，一般在0.5~0.9之间，在这个范围内，基本失效率会下降很多；
5. 降额分析与计算：其步骤如下；国产元器件降额参数、降额等级及降额因子，有兴趣的筒子们可参考GJB/Z 35；
1, 根据设备应用的范围确定所选用元器件的降额等级；
2, 按照型号规定的降额等级，明确元器件的降额参数和降额量值；
3, 利用电/热应力分析计算或测试来获得温度值和电应力值；
4, 按有关军用规范或元器件手册的数据，获得元器件的额定值，再考虑降额系数，获得元器件降额后的容许值；
5, 将3和4两个步骤的值进行比较，可知没想元器件是否达到要求；如果有元器件没有达到降额要求，需要更改设计，采用容许值更大的元器件；
5，降额设计注意事项
降额设计是可靠性设计的一项重要内容，因此一般均要求对系统所用元器件进行正确合理地做好降额设计，以正确选择和可靠使用元器件；
1. 了解各种元器件参数的含义，明确降额参数的基准值；降额的基准是基于额定值还是规定值等；
元器件的降额参数主要是：电参数和温度参数；电参数主要包括：电压、电流、功率等；温度参数包括：结温（Tj）、环境温度（Ta）和壳温（Tc）等；
2. 应综合考虑整机系统的重要程度、寿命要求、失效后造成的危害程度以及成本，指定出最佳的降额范围；各类元器件都有最佳的降额范围；
3. 元器件的降额量值允许做适当的调整，但对关键元器件应保证规定的降额量值；
4. 注意有些元器件参数不能降额，例如：IC的工作电压，电感元件绕组电压和工作频率，晶体管的驱动功率等，必须保持在规定的限值范围内；
5. 必须根据产品可靠性要求选择适合质量等级的元器件，不应采用降额补偿的办法解决低质量等级元器件的使用问题。
