硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性設(shè)計(jì)

1、<p>　　硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1可靠性概念4</b></p><p><b>　　1.1失效率4</b></p><p><b>　　1.2可靠度5</b>&l

2、t;/p><p>　　1.3不可靠度6</p><p>　　1.4平均無(wú)故障時(shí)間6</p><p>　　1.5可靠性指標(biāo)間的關(guān)系6</p><p><b>　　2可靠性模型7</b></p><p>　　2.1串聯(lián)系統(tǒng)7</p><p>　　2.2并聯(lián)系統(tǒng)

3、9</p><p>　　2.3混合系統(tǒng)11</p><p>　　2.4提高可靠性的方法12</p><p>　　3可靠性設(shè)計(jì)方法12</p><p>　　3.1元器件12</p><p>　　3.2降額設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3冗余設(shè)計(jì)14</p>

4、<p>　　3.4電磁兼容設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷15</p><p>　　3.6軟件可靠性技術(shù)15</p><p>　　3.7失效保險(xiǎn)技術(shù)15</p><p>　　3.8熱設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.9EMC設(shè)計(jì)16</p>&l

5、t;p>　　3.10可靠性指標(biāo)分配原則17</p><p>　　4常用器件的可靠性及選擇19</p><p>　　4.1元器件失效特性19</p><p>　　4.2元器件失效機(jī)理21</p><p>　　4.3元器件選擇23</p><p><b>　　4.4電阻23</

6、b></p><p><b>　　4.5電容26</b></p><p>　　4.6二極管30</p><p>　　4.7光耦合器31</p><p>　　4.8集成電路32</p><p><b>　　5電路設(shè)計(jì)38</b></p>

7、<p>　　5.1電流倒灌38</p><p>　　5.2熱插拔設(shè)計(jì)40</p><p>　　5.3過(guò)流保護(hù)41</p><p>　　5.4反射波干擾42</p><p>　　5.5電源干擾49</p><p>　　5.6靜電干擾51</p><p>　　5.7

8、上電復(fù)位52</p><p>　　5.8時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)53</p><p>　　5.9時(shí)鐘信號(hào)的匹配方法55</p><p>　　6PCB設(shè)計(jì)59</p><p><b>　　6.1布線59</b></p><p>　　6.2去耦電容61</p><p&

9、gt;　　7系統(tǒng)可靠性測(cè)試62</p><p>　　7.1環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試62</p><p>　　7.2EMC測(cè)試62</p><p>　　7.3其它測(cè)試63</p><p><b>　　8參考資料63</b></p><p><b>　　9附錄64</b&

10、gt;</p><p><b>　　可靠性概念</b></p><p>　　系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，影響系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素來(lái)自于系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等?？煽啃缘母叩蜕婕爱a(chǎn)品活動(dòng)的方方面面，包括元器件采購(gòu)、檢驗(yàn)、設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程安裝、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。</p><

11、p>　　在電子產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品可靠性的一個(gè)很重要的因素是干擾問(wèn)題，所以提高系統(tǒng)的抗干擾能力是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的重要課題。</p><p>　　干擾對(duì)系統(tǒng)造成的后果主要表現(xiàn)在以下幾方面：</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤</b></p><p><b>　　控制狀態(tài)改變</b></p><

12、p><b>　　程序運(yùn)行失常</b></p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定</b></p><p>　　可靠性是描述系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、正常運(yùn)行能力的一個(gè)通用概念，也是產(chǎn)品質(zhì)量在時(shí)間方面的特征表示?？煽啃杂质且粋€(gè)統(tǒng)計(jì)的概念，表示在某一時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品或系統(tǒng)穩(wěn)定正常完成預(yù)定功能指標(biāo)的概率。</p><p>　　可靠性的定義是

13、指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。例如，一臺(tái)計(jì)算機(jī)在室內(nèi)有空調(diào)的條件下，使用3000小時(shí)不出故障的可能性為70％，即意味著在3000小時(shí)內(nèi)無(wú)故障的概率為70%。可靠性最集中反映了某產(chǎn)品或系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　描述可靠性的定量指標(biāo)有可靠度、失效率、平均無(wú)故障時(shí)間等。</p><p><b>　　失效率</b></p>

14、<p>　　失效率又稱為故障率，指工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品或系統(tǒng)在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。</p><p>　　數(shù)字電路以及其它電子產(chǎn)品，在其有效壽命期間內(nèi)，如果它的失效率是由電子元器件、集成電路芯片的故障所引起，則失效率為常數(shù)。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)老化篩選后的電子元器件、集成電路芯片已進(jìn)入偶發(fā)故障期。在這一時(shí)期內(nèi)，它們的故障是隨機(jī)均勻分布的，故故障率為一常數(shù)。由電子元器件、集成電路芯片構(gòu)成的整機(jī)

15、總是比電子元器件、集成電路芯片先進(jìn)入損耗故障期。</p><p><b>　　可靠度</b></p><p>　　可靠度是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。規(guī)定的條件包括運(yùn)行的環(huán)境條件、使用條件、維修條件和操作水平等?？煽慷纫话阌洖镽。它是時(shí)間的函數(shù)，故也記為R（t）,稱為可靠度函數(shù)。</p><p>　　如果用隨機(jī)變量T

16、表示產(chǎn)品從開(kāi)始工作到發(fā)生失效或故障的時(shí)間，其概率密度為f（t）如上圖所示，若用t表示某一指定時(shí)刻，則該產(chǎn)品在該時(shí)刻的可靠度</p><p>　　對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品，可靠度的觀測(cè)值是指直到規(guī)定的時(shí)間區(qū)間終了為止，能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品數(shù)與在該區(qū)間開(kāi)始時(shí)投入工作產(chǎn)品數(shù)之比，即式中:N——開(kāi)始投入工作產(chǎn)品數(shù)Na（t）——到t時(shí)刻完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即殘存數(shù)Nf（t）——到t時(shí)刻未完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即失效數(shù)。&

17、lt;/p><p><b>　　不可靠度</b></p><p>　　不可靠度也稱為累積失效概率：是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成規(guī)定功能（即發(fā)生失效）的概率，。一般記為F或F（t）。</p><p>　　因?yàn)橥瓿梢?guī)定功能與未完成規(guī)定功能是對(duì)立事件，按概率互補(bǔ)定理可得F（t）=1-R（t）</p><p>　　對(duì)于不

18、可修復(fù)產(chǎn)品和可修復(fù)產(chǎn)品累積失效概率的觀測(cè)值都可按概率互補(bǔ)定理，取</p><p><b>　　平均無(wú)故障時(shí)間</b></p><p>　　產(chǎn)品的平均無(wú)故障時(shí)間又稱為平均壽命，是產(chǎn)品壽命的平均值。對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，指“產(chǎn)品在其使用壽命期內(nèi)某個(gè)觀察期間累積工作時(shí)間與故障次數(shù)之比”。對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品，指“當(dāng)所有試驗(yàn)樣品都觀測(cè)到壽命終了的實(shí)際值時(shí)，平均壽命是它們的算數(shù)平均值

19、；當(dāng)不是所有試驗(yàn)樣品都觀測(cè)到壽命終了的截尾試驗(yàn)時(shí)，平均壽命是試驗(yàn)樣品累積試驗(yàn)時(shí)間與失效數(shù)之比”。</p><p><b>　　可靠性指標(biāo)間的關(guān)系</b></p><p>　　可靠性特征量中可靠度R（t），累積失效率(也叫不可靠度)F（t）、概率密度f(wàn)（t）和失效率λ（t）是四個(gè)基本函數(shù),只要知道其中一個(gè),則所有變量均可求得.基本函數(shù)間的關(guān)系見(jiàn)下表。</p>

20、<p>　　關(guān)于MTBF計(jì)算的例子見(jiàn)附錄文件SLCAV320MTBF.pdf</p><p><b>　　可靠性模型</b></p><p>　　一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)總是由許多基本元件、部件組成，如何在保證完成功能的前提下組成一個(gè)高可靠性的系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是很有意義的。一方面需要知道組成系統(tǒng)的基本元器件或部件在相應(yīng)使用條件下的可靠性，另一方面還要知道這些基本元器

21、件、部件的可靠性和由其構(gòu)成的系統(tǒng)的可靠性的關(guān)系。</p><p>　　描述基本元器件、部件的可靠性的基本數(shù)據(jù)可由生產(chǎn)廠家提供、或通過(guò)試驗(yàn)獲得、或通過(guò)實(shí)際觀察的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)得到?；驹骷?、部件的可靠性對(duì)系統(tǒng)的影響，可以通過(guò)幾種可靠性模型獲得。</p><p>　　構(gòu)造系統(tǒng)的可靠性模型時(shí)，首先應(yīng)該明確的是系統(tǒng)的可靠性框圖與系統(tǒng)的功能性框圖有所不同。系統(tǒng)的功能性框圖是根據(jù)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行連

22、接，各部分之間的關(guān)系是確定的，其位置不能變動(dòng)，而系統(tǒng)的可靠性框圖是根據(jù)各組成部分的故障對(duì)系統(tǒng)的影響來(lái)構(gòu)成的，其位置在何處是沒(méi)有關(guān)系的。</p><p><b>　　串聯(lián)系統(tǒng)</b></p><p>　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)是由幾個(gè)功能器件（部件）組成，其中任何一個(gè)器件（部件）失效，都將引起整個(gè)系統(tǒng)失效。</p><p>　　圖xxx和圖xxx中的a表

23、示系統(tǒng)的功能框圖，而b表示系統(tǒng)的可靠性框圖，可以看出，兩者有時(shí)是不相同的。</p><p>　　在圖xxx中，雖然是LC并聯(lián)諧振電路，但其可靠性結(jié)構(gòu)框圖卻是串聯(lián)的，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，則整個(gè)電路將不發(fā)生諧振。</p><p>　　對(duì)于串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型的系統(tǒng)，系統(tǒng)的失效率為各功能器件（部件）失效率的代數(shù)和。若系統(tǒng)中的每一個(gè)部件又由幾種元件組成，每種元件都有一定的數(shù)量，如果部件中的每個(gè)元件的

24、失效率都將組成部件的失效，那么這個(gè)部件就成為由一系列元件組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。這個(gè)部件的失效率為各元件失效率的代數(shù)和。</p><p>　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)是一種無(wú)冗余結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單。</p><p>　　串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為：</p><p>　　上圖所示為n個(gè)具有相同可靠度的單元構(gòu)成的系統(tǒng)的可靠度與每個(gè)單元的可靠度間的關(guān)系曲線，由此可知，隨著串聯(lián)單元數(shù)的增加，系統(tǒng)的可靠度

25、隨之減小。</p><p><b>　　并聯(lián)系統(tǒng)</b></p><p>　　并聯(lián)形式的可靠性結(jié)構(gòu)是有冗余的，它是指系統(tǒng)由幾個(gè)部件構(gòu)成，只要其中至少有一個(gè)部件工作正常，系統(tǒng)就能正常工作。按組成系統(tǒng)的部件的數(shù)量可分為雙重、三重或多重系統(tǒng)。</p><p>　　例如，為SP30交換機(jī)機(jī)框中各電路板提供電源的二次電源系統(tǒng)，兩個(gè)電源模塊的工作形式為輸出

26、并聯(lián)方式，其中任何一個(gè)電源模塊都有為整個(gè)機(jī)框提供所需電流的能力，其電源的可靠性模型即為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　若系統(tǒng)中有n個(gè)部件，構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)的可靠度為：</p><p><b>　　i＝1，2，…，n</b></p><p>　　系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間為：</p><p>　　下圖是n個(gè)相同單元并聯(lián)構(gòu)成的

27、系統(tǒng)的可靠度與每個(gè)單元的可靠度間的關(guān)系曲線，由此可知，隨著并聯(lián)單元數(shù)的增加，系統(tǒng)的可靠度隨之增大。</p><p><b>　　混合系統(tǒng)</b></p><p>　　混聯(lián)結(jié)構(gòu)是由若干并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)組合的混合系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中用的較多。例如估算如下圖所示系統(tǒng)的可靠度，通常先將并聯(lián)部分估算好，然后再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)按串聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算。</p><p&

28、gt;　　而估算如下圖所示系統(tǒng)的可靠度，則先將串聯(lián)部分估算好，然后再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)按并聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　提高可靠性的方法</b></p><p>　　提高系統(tǒng)可靠性的途徑有兩個(gè)：錯(cuò)誤避免和容錯(cuò)設(shè)計(jì)。</p><p>　　錯(cuò)誤避免即通過(guò)使用更高質(zhì)量、更高可靠性的元器件、部件來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性，其實(shí)現(xiàn)成本比容錯(cuò)設(shè)計(jì)低。<

29、;/p><p>　　容錯(cuò)設(shè)計(jì)主要是通過(guò)部件的冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，增加冗余單元，同時(shí)也就增加成本的方法達(dá)到提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　　可靠性設(shè)計(jì)方法</b></p><p><b>　　元器件</b></p><p>　　元件、器件是構(gòu)成系統(tǒng)的基本部件，元器件的性能與可

30、靠性是系統(tǒng)整體性能與可靠性的基礎(chǔ)。降低電子元器件的故障率是由其生產(chǎn)廠家來(lái)保證的。作為設(shè)計(jì)與使用者，主要是保證所選用的元器件的質(zhì)量或可靠性指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　把握元器件的選型、購(gòu)買(mǎi)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存</p><p>　　元器件的質(zhì)量主要由生產(chǎn)廠家的技術(shù)、工藝以及質(zhì)量管理體系保證。應(yīng)選用有質(zhì)量信譽(yù)的廠家的產(chǎn)品，一旦選定，不應(yīng)輕易更換，盡量避免在同一臺(tái)設(shè)備中使用不同廠家的同一型號(hào)

31、的元器件。</p><p>　　元器件的運(yùn)輸、儲(chǔ)存要按相關(guān)要求進(jìn)行，對(duì)于存放時(shí)間較長(zhǎng)的元器件，在使用前需要仔細(xì)檢測(cè)。</p><p><b>　　老化、篩選、測(cè)試</b></p><p>　　元器件的老化測(cè)試一般在生產(chǎn)前進(jìn)行，在此階段淘汰那些質(zhì)量不佳的產(chǎn)</p><p>　　品。老化處理的時(shí)間長(zhǎng)短與所用元件量、型號(hào)、可靠

32、性要求有關(guān)，一般為24小時(shí)或48小時(shí)。老化時(shí)所施加的電氣應(yīng)力（電壓或電流等）應(yīng)等于或略高于額定值，常選取額定值的110％～120％。老化后淘汰那些功耗偏大、性能指標(biāo)明顯變化或不穩(wěn)定的元器件。</p><p><b>　　降額設(shè)計(jì)</b></p><p>　　降額設(shè)計(jì)是使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值，從而達(dá)到降低基本故障率，保證系統(tǒng)可靠性的目的。降額設(shè)計(jì)是

33、電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)中的最常用的方法。</p><p>　　不同的電子元器件所要考慮的應(yīng)力因素是不一樣的，有的是電壓，有的是電流，有的是溫度，有的是頻率，有的是振動(dòng)等等。</p><p>　　對(duì)電容的耐壓及頻率特性，電阻的功率，電感的電流及頻率特性，二極管、三極管、可控硅、運(yùn)放、驅(qū)動(dòng)器、門(mén)電路等器件的結(jié)電流、結(jié)溫或扇出系數(shù)，電源的開(kāi)關(guān)和主供電源線纜的耐電壓/電流和耐溫性能，信號(hào)線纜的頻率特性

34、，還有散熱器、接插件、模塊電源等器件的使用要求進(jìn)行降額設(shè)計(jì)。通常，根據(jù)降額幅度的大小可分為一、二、三級(jí)降額，一級(jí)降額（(實(shí)際承受應(yīng)力)/(器件額定應(yīng)力) < 50%的降額）在技術(shù)設(shè)計(jì)上最容易實(shí)現(xiàn)，降額的效果也最好，但存在成本過(guò)高的問(wèn)題；二級(jí)降額（70%左右的降額）在技術(shù)設(shè)計(jì)上也比較容易實(shí)現(xiàn)，降額的效果也很好，并且成本適中；三級(jí)降額在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上要仔細(xì)推敲，必要時(shí)要通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取一些補(bǔ)償措施，才能保證降額效果的實(shí)現(xiàn)，有一定難度，但

35、三級(jí)降額的成本最低。一般說(shuō)來(lái)，建議使用二級(jí)降額設(shè)計(jì)方法，在保證降額設(shè)計(jì)取得良好效果的同時(shí)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度和成本都適中。對(duì)于涉及到頻率特性的器件的降額要謹(jǐn)慎處理。</p><p><b>　　冗余設(shè)計(jì)</b></p><p>　　冗余技術(shù)也稱為容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，它是通過(guò)增加完成同一功能地并聯(lián)或備用單元（包括硬件單元或軟件單元）數(shù)目來(lái)提高系統(tǒng)可靠性地一種設(shè)計(jì)方法。如在

36、電路設(shè)計(jì)中，對(duì)那些容易產(chǎn)生短路故障的單元，以串聯(lián)形式復(fù)制；對(duì)那些容易產(chǎn)生開(kāi)路故障的單元，以并聯(lián)形式復(fù)制。</p><p>　　冗余設(shè)計(jì)并非適用于所有的場(chǎng)合，一般在低層次和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的情況下使用可獲得較好的效果。同時(shí)，還需注意，某些冗余技術(shù)的采用需增加若干故障檢測(cè)和冗余通道切換裝置，它們的失效率在遠(yuǎn)低于受控部分的失效率時(shí)，才能發(fā)揮冗余技術(shù)的優(yōu)越性。冗余設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是： 1）確定冗余等級(jí)； 2）選

37、定冗余類型； 3）確定冗余配置方案； 4）確定冗余管理方案。</p><p>　　冗余技術(shù)主要包括硬件冗余、軟件冗余、信息冗余、時(shí)間冗余等。</p><p><b>　　硬件冗余</b></p><p>　　硬件冗余是采用增加硬件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將備份的硬件頂替上去，使系統(tǒng)仍然能夠正常工作。在電路級(jí)、功能單元級(jí)、

38、部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)都可以采用硬件冗余結(jié)構(gòu)。如交換機(jī)系統(tǒng)中的處理機(jī)系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)等就是采用的硬件冗余結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　軟件冗余</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)軟件冗余的主要方法有：指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)和軟件看門(mén)</p><p><b>　　狗技術(shù)等。</b></p><p>&l

39、t;b>　　信息冗余</b></p><p>　　對(duì)于重要的文件或數(shù)據(jù)復(fù)制一份或多份，并存儲(chǔ)于不同的空間，當(dāng)某一區(qū)間或某一備份被破壞后，自動(dòng)從其它部分重新復(fù)制，使文件或數(shù)據(jù)得以恢復(fù)。</p><p><b>　　時(shí)間冗余</b></p><p>　　重復(fù)執(zhí)行某一操作或某一程序，并將執(zhí)行結(jié)果與前一次的結(jié)果進(jìn)行比較來(lái)確認(rèn)系統(tǒng)工作是

40、否正常。這種方法是以時(shí)間為代價(jià)換取可靠性，稱為時(shí)間冗余技術(shù)或重復(fù)檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中可以采用三中取二或五中取三等方式。</p><p><b>　　電磁兼容設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電磁兼容性是指系統(tǒng)在電磁環(huán)境中運(yùn)行的適應(yīng)性，即在電磁環(huán)境下能保持完成規(guī)定功能的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使系統(tǒng)既不受外部電磁干擾的影響，也不對(duì)其它電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。<

41、/p><p>　　抗電磁干擾的硬件措施主要有濾波技術(shù)、去耦電路、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)等；軟件措施主要有數(shù)字濾波、軟件冗余、程序運(yùn)行監(jiān)視及故障自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等。</p><p><b>　　故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷</b></p><p>　　為了判定系統(tǒng)是否工作正?；蚰稠?xiàng)功能是否正常、及時(shí)指出故障部位，縮短維修時(shí)間，可以有計(jì)劃地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線測(cè)試和診斷，以便

42、及時(shí)排除故障，縮小故障帶來(lái)的影響。</p><p><b>　　軟件可靠性技術(shù)</b></p><p>　　為了提高軟件的可靠性，應(yīng)盡量將軟件規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，盡可能把復(fù)雜的問(wèn)題化成若干較為簡(jiǎn)單明確的小任務(wù)。把一個(gè)大程序分成若干獨(dú)立的小模塊，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不合理部分，而且檢查和測(cè)試幾個(gè)小模塊要比檢查和測(cè)試大程序方便的多。</p><p

43、><b>　　失效保險(xiǎn)技術(shù)</b></p><p>　　有些重要的系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，希望整個(gè)系統(tǒng)處于安全或保險(xiǎn)狀態(tài)。如交換機(jī)系統(tǒng)的各功能電路板的電源設(shè)計(jì)，當(dāng)某塊電路板由于某種原因過(guò)流時(shí)，希望不影響同一機(jī)框內(nèi)其它電路板的使用，通常在功能電路板內(nèi)采取過(guò)流保護(hù)措施，使其電源與機(jī)框脫離。</p><p><b>　　熱設(shè)計(jì)</b></p&g

44、t;<p>　　確定產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境溫度指標(biāo)，確定設(shè)備內(nèi)部及關(guān)鍵元器件的溫升限值。一般說(shuō)來(lái)，元器件工作時(shí)的溫度上升與環(huán)境溫度沒(méi)有關(guān)系，而民用級(jí)別的元器件的允許工作溫度大多在70~85℃，為了保證在極限最高環(huán)境溫度（50℃左右）下元器件的工作溫度還在其允許溫度范圍內(nèi)并有相當(dāng)?shù)娜哂喽?，設(shè)備內(nèi)部及元器件的溫升設(shè)計(jì)指標(biāo)定在15℃左右比較合適。在硬件單板設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該明確區(qū)分易發(fā)熱器件和溫度敏感器件（即隨著溫度的變化器件容易發(fā)生特性

45、漂移、變形、流液、老化等），布PCB板時(shí)要對(duì)易發(fā)熱器件采取散熱措施，溫度敏感器件要與易發(fā)熱器件和散熱器隔開(kāi)合適的距離，必要時(shí)要從系統(tǒng)的角度考慮采取補(bǔ)償措施。系統(tǒng)或子系統(tǒng)通過(guò)自然散熱（通風(fēng)、對(duì)流等）措施不能保證設(shè)備內(nèi)部及關(guān)鍵元器件溫升限值指標(biāo)得到保證時(shí)，需要采取強(qiáng)迫制冷措施。</p><p><b>　　EMC設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電磁兼容（EMC）包括電磁

46、干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）兩個(gè)方面。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。</p><p>　　要提升這種能力，有許多應(yīng)用課題要解決，如：電磁波的散射、透射、傳輸、孔縫耦合，各種干擾源的機(jī)理和特性，各種干擾參數(shù)的計(jì)算和測(cè)試，各種結(jié)構(gòu)的屏蔽效果，各種防護(hù)方法、測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)等等。對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的方法也有多種，如：防靜電設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、防地電位升設(shè)計(jì)等等

47、；一般從以下方面考慮，以保證產(chǎn)品的EMC特性：</p><p>　　1、靜電放電的防護(hù)。首先要阻止電流直接進(jìn)入電子線路，最普通的辦法就是建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu)（必要時(shí)在外殼與電路之間增加第二層屏蔽層），屏蔽層接到電路的公共接地點(diǎn)上。對(duì)內(nèi)部的電路來(lái)說(shuō)，如果需要與金屬外殼相連時(shí)，必須采用單點(diǎn)接地的方式，防止放電電流流過(guò)這個(gè)電路，造成傷害。</p><p>　　2、屏蔽。采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是限

48、制內(nèi)部的輻射電磁能越過(guò)某一區(qū)域；二是防止外來(lái)的輻射進(jìn)入某一區(qū)域。主要對(duì)電場(chǎng)、電磁場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽（現(xiàn)實(shí)對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽更難）。</p><p>　　3、接地。接地的目的一是防電擊，一是去除干擾。接地可分為兩大類，即安全接地與信號(hào)接地。接地時(shí)應(yīng)該注意：接地線愈短愈好、接地面應(yīng)具有高傳導(dǎo)性、切忌雙股電纜分開(kāi)安裝、低頻宜采用單點(diǎn)接地系統(tǒng)、高頻應(yīng)采用多點(diǎn)接地系統(tǒng)、去除接地環(huán)路；</p><p>　　4

49、、濾波。實(shí)際工作中，無(wú)法完全做好接地與屏蔽的工作。因此，會(huì)采用濾波（將不需要的信號(hào)去除）的方式來(lái)彌補(bǔ)不足，主要通過(guò)濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的雜訊中共模和差模的成分不一樣，所采用的濾波電路也有變化，可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過(guò)EMI測(cè)試后才能有滿意的結(jié)果。</p><p><b>　　可靠性指標(biāo)分配原則</b></p><p>

50、　　通常分配可靠性指標(biāo)應(yīng)考慮下列原則：</p><p><b>　　技術(shù)水平</b></p><p>　　對(duì)技術(shù)成熟的單元，能夠保證實(shí)現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時(shí)可靠性可有把握地增長(zhǎng)到較高水平，則可分配給較高的可靠度。</p><p><b>　　復(fù)雜程度</b></p><p>　　對(duì)較簡(jiǎn)單的

51、單元，組成該單元零部件數(shù)量少，組裝容易保證質(zhì)量或故障后易于修復(fù)，則可分配給較高的可靠度。</p><p><b>　　重要程度</b></p><p>　　對(duì)重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，或該單元失效常會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)失效，則應(yīng)分配給較高的可靠度。</p><p><b>　　任務(wù)情況</b></p>

52、<p>　　對(duì)整個(gè)任務(wù)時(shí)間內(nèi)均需連續(xù)工作以及工作條件嚴(yán)酷，難以保證很高可靠性</p><p>　　單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。</p><p>　　此外，一般還要受費(fèi)用、重量、尺寸等條件的約束?？傊罱K都是力求以</p><p>　　最小的代價(jià)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)可靠性的要求?？煽啃灾笜?biāo)分配方法有：等分配法、再分配法、比例分配法、綜合評(píng)分分配</p>

53、;<p>　　法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃分配法等。</p><p>　　例如：某公司采用如下的綜合評(píng)分分配法為其產(chǎn)品分配可靠性指標(biāo)：</p><p>　　由于缺乏產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)，所以請(qǐng)熟悉產(chǎn)品、有工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專家，按照影響產(chǎn)品可靠性的幾種主要因素（如：復(fù)雜度、技術(shù)成熟度、重要度及環(huán)境條件）進(jìn)行評(píng)分（每一種因素的分值在1~10之間，難度越高評(píng)分越高），然后根據(jù)評(píng)分的結(jié)果給各分系統(tǒng)或部件分

54、配可靠性指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)要求的MTBF為500h，由A/B/C/D四個(gè)部件組成，各部件評(píng)分如下表：</p><p>　　說(shuō)明:（1）對(duì)四個(gè)部件（A/B/C/D）按四種因素評(píng)分后，填入上表（蘭色字跡部份）；</p><p>　?。?）對(duì)A部份而言，最后評(píng)分為8*9*6*8＝3456；B的評(píng)分為5*7*6*8＝1680；同理C的評(píng)分為900、D的評(píng)分為1

55、440；最后四部分總分為：7476；紫紅色字跡部份。</p><p>　?。?）對(duì)A部份而言，評(píng)分系數(shù)為3456/7476＝0.46；B的評(píng)分系數(shù)為1680/7476＝0.22；C的評(píng)分系數(shù)為0.12；D的評(píng)分系數(shù)為0.19；淺紫色部份。</p><p>　?。?）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，失效率為1/500＝0.002；</p><p>　　所以分配給A的失效率為：0.46

56、*0.002＝0.0009，對(duì)應(yīng)的MTBF為1081.6H；</p><p>　　同理得B/C/D的失效率和MTBF，紅色字跡部份。</p><p>　　常用器件的可靠性及選擇</p><p>　　元件的可靠性主要包括以下幾個(gè)方面：失效特征、失效機(jī)理、抗干擾特性、元件的選用方法、安裝工藝以及環(huán)境對(duì)元件性能的影響等方面。</p><p><

57、;b>　　元器件失效特性</b></p><p><b>　　失效率</b></p><p>　　失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ,它也是時(shí)間t的函數(shù),故也記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù).</p><p>　　按上述定義,失效率是在時(shí)刻t尚未失效產(chǎn)

58、品在t+△t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率.即</p><p>　　它反映t時(shí)刻失效的速率,也稱為瞬時(shí)失效率.</p><p>　　失效率的觀測(cè)值是在某時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比,即</p><p><b>　　失效規(guī)律</b></p><p>　　產(chǎn)品的失效規(guī)律如下圖所示，其失效

59、率隨時(shí)間變化可分為三段時(shí)期，即早期失效期、穩(wěn)定工作期和衰老期。</p><p>　　早期失效期：失效率曲線為遞減型。產(chǎn)品投入使用的前期，失效率較高其失效率曲線下降很快。失效原因主要是由于設(shè)計(jì)、制造、貯存、運(yùn)輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、焊接、安裝不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。?dāng)這些所謂先天不良的失效結(jié)束后運(yùn)轉(zhuǎn)也逐漸正常，則失效率就趨于穩(wěn)定，到t0時(shí)失效率曲線已開(kāi)始變平。t0以前稱為早期失效期。針對(duì)早期失效期的失效原因，應(yīng)該

60、對(duì)元件進(jìn)行篩選、嚴(yán)格安裝工藝、設(shè)備老化處理后再投入運(yùn)行，爭(zhēng)取失效率低且t0短。</p><p>　　穩(wěn)定工作期也稱正常工作壽命期。失效率曲線在這一時(shí)期幾乎為恒定值，即t0到ti間的失效率近似為常數(shù)。失效原因主要是由非預(yù)期的過(guò)載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故又稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時(shí)期，這段時(shí)間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長(zhǎng)有效壽命，應(yīng)

61、注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護(hù)。</p><p>　　衰老期也稱為損耗期。失效率曲線是遞增型，在t1以后失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的，針對(duì)耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測(cè)耗損開(kāi)始的時(shí)間，提前維修，使失效率仍不上升。</p><p><b>　　失效形式</b></p><p>

62、　　元件的失效形式可分為：突然失效、退化失效、局部失效以及全局失效。</p><p>　　突然失效：元件參數(shù)急劇變化，或因元件制造工藝不良，環(huán)境條件變化導(dǎo)致斷路或開(kāi)路所造成。如器件因壓焊不牢造成開(kāi)路，或因灰塵微粒使器件管腳短路，電容器因電解質(zhì)擊穿造成短路等。</p><p>　　退化失效：由于元件制造公差、溫度系數(shù)變化、材料變質(zhì)、電源電壓波動(dòng)、工藝不良等因素使元件參數(shù)逐漸變差，性能逐漸降低

63、形成。</p><p>　　局部失效：退化失效常使系統(tǒng)局部功能失效，稱為局部失效。</p><p>　　全局失效：突然失效會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)失效，稱為全局失效。</p><p>　　fit表示10－9/h</p><p><b>　　元器件失效機(jī)理</b></p><p>　　元件的失效直接受濕度、溫度

64、、電壓、機(jī)械等因素的影響。</p><p><b>　　溫度影響：</b></p><p>　　環(huán)境溫度是導(dǎo)致元件失效的重要因素。</p><p>　　溫度變化對(duì)半導(dǎo)體器件的影響：構(gòu)成雙極型半導(dǎo)體器件的基本單元P-N結(jié)對(duì)溫度的變化很敏感，當(dāng)P-N結(jié)反向偏置時(shí)，由少數(shù)載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響，其關(guān)系為：</p><

65、;p>　　式中：ICQ―――溫度T0C時(shí)的反向漏電流</p><p>　　ICQR――溫度TR℃ 時(shí)的反向漏電流</p><p>　　T－TR――溫度變化的絕對(duì)值</p><p>　　由上式可以看出，溫度每升高10℃，ICQ將增加一倍。這將造成晶體管放大器的工作點(diǎn)發(fā)生漂移、晶體管電流放大系數(shù)發(fā)生變化、特性曲線發(fā)生變化，動(dòng)態(tài)范圍變小。</p>&l

66、t;p>　　溫度與允許功耗的關(guān)系如下：</p><p>　　式中：PCM―――最大允許功耗</p><p>　　TjM―――最高允許結(jié)溫</p><p>　　T――――使用環(huán)境溫度</p><p><b>　　RT―――熱阻</b></p><p>　　由上式可以看出，溫度的升高將使晶體管的

67、最大允許功耗下降。</p><p>　　由于P-N結(jié)的正向壓降受溫度的影響較大，所以用P-N為基本單元構(gòu)成的雙極型半導(dǎo)體邏輯元件（TTL、HTL等集成電路）的電壓傳輸特性和抗干擾度也與溫度有密切的關(guān)系。當(dāng)溫度升高時(shí)，P-N結(jié)的正向壓降減小，其開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)電平都將減小，這就使得元件的低電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而變??；高電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而增大，造成輸出電平偏移、波形失真、穩(wěn)態(tài)失調(diào)，甚至熱擊穿。<

68、;/p><p>　　溫度變化對(duì)電阻的影響</p><p>　　溫度變化對(duì)電阻的影響主要是溫度升高時(shí)，電阻的熱噪聲增加，阻值偏離標(biāo)稱值，允許耗散概率下降等。比如，RXT系列的碳膜電阻在溫度升高到100℃時(shí)，允許的耗散概率僅為標(biāo)稱值的20％。</p><p>　　但我們也可以利用電阻的這一特性，比如，有經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的一類電阻：PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻）和NTC（負(fù)溫度系數(shù)

69、熱敏電阻），它們的阻值受溫度的影響很大。</p><p>　　對(duì)于PTC，當(dāng)其溫度升高到某一閥值時(shí)，其電阻值會(huì)急劇增大。利用這一特性，可將其用在電路板的過(guò)流保護(hù)電路中，當(dāng)由于某種故障造成通過(guò)它的電流增加到其閥值電流后，PTC的溫度急劇升高，同時(shí)，其電阻值變大，限制通過(guò)它的電流，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)。而故障排除后，通過(guò)它的電流減小，PTC的溫度恢復(fù)正常，同時(shí)，其電阻值也恢復(fù)到其正常值。</p><p

70、>　　對(duì)于NTC，它的特點(diǎn)是其電阻值隨溫度的升高而減小。</p><p>　　溫度變化對(duì)電容的影響</p><p>　　溫度變化將引起電容的到介質(zhì)損耗變化，從而影響其使用壽命。溫度每升高10℃時(shí)，電容器的壽命就降低50％，同時(shí)還引起阻容時(shí)間常數(shù)變化，甚至發(fā)生因介質(zhì)損耗過(guò)大而熱擊穿的情況。</p><p>　　此外，溫度升高也將使電感線圈、變壓器、扼流圈等的絕緣

71、性能下降。</p><p><b>　　濕度影響：</b></p><p>　　濕度過(guò)高，當(dāng)含有酸堿性的灰塵落到電路板上時(shí)，將腐蝕元器件的焊點(diǎn)與接線處，造成焊點(diǎn)脫落，接頭斷裂。</p><p>　　濕度過(guò)高也是引起漏電耦合的主要原因。</p><p>　　而濕度過(guò)低又容易產(chǎn)生靜電，所以環(huán)境的濕度應(yīng)控制在合理的水平。<

72、;/p><p><b>　　電壓影響：</b></p><p>　　施加在元器件上的電壓穩(wěn)定性是保證元器件正常工作的重要條件。過(guò)高的電壓會(huì)增加元器件的熱損耗，甚至造成電擊穿。對(duì)于電容器而言，其失效率正比于電容電壓的5次冪。對(duì)于集成電路而言，超過(guò)其最大允許電壓值的電壓將造成器件的直接損壞。</p><p><b>　　振動(dòng)、沖擊影響：<

73、;/b></p><p>　　機(jī)械振動(dòng)與沖擊會(huì)使一些內(nèi)部有缺陷的元件加速失效，造成災(zāi)難性故障，機(jī)械振動(dòng)還會(huì)使焊點(diǎn)、壓線點(diǎn)發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致接觸不良；若振動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)線不應(yīng)有的碰連，會(huì)產(chǎn)生一些意象不到的后果。</p><p><b>　　元器件選擇</b></p><p>　　滿足性能要求，元器件地各種性能參數(shù)滿足性能指標(biāo)的要求，如耐壓、驅(qū)動(dòng)能力、

74、頻率特性等；</p><p>　　滿足可靠性要求，考慮在開(kāi)路、短路、接觸不良、參數(shù)漂移等失效模式下的可靠性以及元器件的抗干擾性能；</p><p>　　選用經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)證明性能優(yōu)良的定型元器件；</p><p>　　盡量減少元器件品種、型號(hào)，以保證制造、安裝及后期維護(hù)方便；</p><p>　　盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元器件，確保元器件的可替換性；<

75、/p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮工作環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊等條件；</p><p>　　在保證可靠性的條件下，盡量選用廉價(jià)的元器件，以降低成本</p><p><b>　　電阻</b></p><p><b>　　電阻分類：</b></p><p>　　碳膜電阻：氣態(tài)碳?xì)浠?/p>

76、物在高溫和真空中分解，碳沉積在瓷棒或者瓷管上，形成一層結(jié)晶碳膜。改變碳膜厚度和用刻槽的方法變更碳膜的長(zhǎng)度，可以得到不同的阻值。碳膜電阻成本較低，性能一般。</p><p>　　金屬膜電阻：在真空中加熱合金，合金蒸發(fā)，使瓷棒表面形成一層導(dǎo)電金屬膜。刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。這種電阻和碳膜電阻相比，體積小、噪聲低、穩(wěn)定性好，但成本較高。</p><p>　　碳質(zhì)電阻：把碳黑、樹(shù)脂、粘土

77、等混合物壓制后經(jīng)過(guò)熱處理制成。在電阻上用色環(huán)表示它的阻值。這種電阻成本低，阻值范圍寬，但性能差，很小采用。</p><p>　　線繞電阻：用康銅或者鎳鉻合金電阻絲，在陶瓷骨架上繞制成。這種電阻分固定和可變兩種。它的特點(diǎn)是工作穩(wěn)定，耐熱性能好，誤差范圍小，適用于大功率的場(chǎng)合，額定功率一般在1瓦以上。</p><p>　　碳膜電位器：它的電阻體是在馬蹄形的紙膠板上涂上一層碳膜制成。它的阻值變化

78、和中間觸頭位置的關(guān)系有直線式、對(duì)數(shù)式和指數(shù)式三種。碳膜電位器有大型、小型、微型幾種，有的和開(kāi)關(guān)一起組成帶開(kāi)關(guān)電位器。</p><p>　　線繞電位器：用電阻絲在環(huán)狀骨架上繞制成。它的特點(diǎn)是阻值范圍小，功率較大。</p><p><b>　　標(biāo)稱阻值和允許誤差</b></p><p>　　E-24 允差±5%</p>&

79、lt;p>　　E-96 允差±1%</p><p><b>　　電阻的額定功率</b></p><p>　　電阻的額定功率也有標(biāo)稱值，常用的有1/8、1/4、1/2、1、2、3、5、10、20瓦等。</p><p>　　電阻的噪聲與頻率特性</p><p>　　電阻通電后，都出現(xiàn)不同程度的噪聲電壓，兩個(gè)引

80、出端上電位呈現(xiàn)不規(guī)則的起伏，這就是電阻的噪聲，電阻的噪聲包括熱噪聲和電流噪聲。</p><p>　　電阻的噪聲電壓用下式表示：</p><p>　　式中：k――波耳茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；</p><p>　　T――熱力學(xué)溫度/K；</p><p>　　B――噪聲帶寬/Hz；</p><p>

81、<b>　　R――電阻值/Ω；</b></p><p>　　交流電通過(guò)電阻時(shí)，電阻在一定的頻率下呈現(xiàn)出電感性或電容性，從而使電流的工作狀態(tài)發(fā)生變化。一般情況下，分布電容Cd為0.2～0.5pF；包括引線電感在內(nèi)，剩余電感Ls為10～30nH。</p><p><b>　　電阻的頻率特性為：</b></p><p>　　一個(gè)

82、1/8W的金屬膜電阻其Cd≈0.25pF，Ls≈20nH，所以阻值在280Ω左右的電阻有最好的頻率特性。</p><p><b>　　電阻的失效模式</b></p><p>　　參數(shù)漂移、短路、開(kāi)路、接觸不良；</p><p>　　各種電阻的失效率如下表所示：</p><p><b>　　電阻使用的注意事項(xiàng)&l

83、t;/b></p><p>　　降額使用：由于電阻在使用時(shí)要產(chǎn)生熱量，這不僅影響周邊器件，而且其本身的阻值也會(huì)發(fā)生改變，因此，電阻在使用時(shí)，實(shí)際負(fù)載功率要低于額定功率的30％，在精度要求很高的場(chǎng)合，應(yīng)低于50％。</p><p>　　脈沖負(fù)載時(shí)電阻的功率降額使用：電阻在脈沖電壓下工作時(shí)的平均功率可表示為：</p><p>　　式中：V――脈沖峰值電壓；<

84、/p><p><b>　　R――電阻阻值；</b></p><p>　　f――頻率（Hz）；</p><p>　　て――脈沖寬度（s）。</p><p>　　一般選取電阻的額定功率為上式計(jì)算值的2～5倍；碳膜電阻和高阻值金屬膜電阻承受脈沖負(fù)載能力較差，所以它們的額定功率應(yīng)在平均功率的5倍以上。</p><

85、p>　　降低額定電壓使用：最好用到最高允許電壓的50％或者更低。</p><p><b>　　電容</b></p><p><b>　　電容的種類和特性：</b></p><p><b>　　標(biāo)稱值和允許誤差</b></p><p><b>　　允許誤差：<

86、;/b></p><p><b>　　標(biāo)稱值：</b></p><p><b>　　耐壓值</b></p><p>　　指其能夠承受的最大直流電壓，也叫做電容的直流工作電壓。如果在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過(guò)電容的直流工作電壓值。</p><p>　　常用固定電容的直流工作電

87、壓系列如下所示，其中有*的的數(shù)值，只限電解電容用。單位：V</p><p><b>　　絕緣電阻</b></p><p>　　電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻，或者叫做漏電電阻。漏電電阻越小，漏電越嚴(yán)重。電容漏電會(huì)引起能量損耗，這種損耗不僅影響電容的壽命，而且會(huì)影響電路的工作。因此，漏電電阻越大越好。一般在1000兆歐以上。</p><p>&l

88、t;b>　　等效電路</b></p><p><b>　　失效模式</b></p><p>　　電容器的使用注意事項(xiàng)</p><p>　　耐壓：實(shí)際使用電壓應(yīng)比額定電壓低20％～30％</p><p>　　環(huán)境溫度：溫度過(guò)高會(huì)使電容器很快老化、干枯，安裝時(shí)不要把大功率器件放在電容器傍邊。</p&g

89、t;<p><b>　　注意電解電容的極性</b></p><p>　　電容器噪聲：電容器也會(huì)產(chǎn)生噪聲，特別是用在微小信號(hào)的處理電路中，由于電容漏電或溫度變化產(chǎn)生噪聲。</p><p><b>　　二極管</b></p><p><b>　　二極管的種類</b></p>&

90、lt;p>　　按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。</p><p>　　根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管等。</p><p>　　按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。</p><p>　　另外還有發(fā)光二極管等</p><p><b&

91、gt;　　二極管的伏安特性</b></p><p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p>　　額定正向工作電流：是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度（硅管為140℃左右，鍺管為90℃左右）時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過(guò)二極管額定正向工作電流值。例如，常用的

92、IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。</p><p>　　最高反向工作電壓：加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。</p><p>　　反向電流：反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流

93、。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25℃時(shí)反向電流若為250uA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75℃時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過(guò)熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25℃時(shí)反向電流僅為5uA，溫度升高到75℃時(shí)，反向電流也不過(guò)160uA。故硅二極管比鍺二極

94、管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。</p><p>　　最高工作頻率f：二極管能承受的最高頻率。通過(guò)P－N結(jié)交流電頻率高于此值，二極管則不能正常工作。</p><p><b>　　穩(wěn)壓管：</b></p><p>　　利用反向擊穿特性而使穩(wěn)壓管兩端電壓穩(wěn)定的特殊二極管，工作中采取反向接法使之處于反向擊穿狀態(tài)。</p><p>

95、　　其主要參數(shù)有穩(wěn)定電壓Uz，最小穩(wěn)定電流Izmin，最大耗散功率PZM，最大工作電流Izmax（PZM= Uz·Izmax）</p><p><b>　　光耦合器</b></p><p>　　光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)

96、器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。</p><p><b>　　類型：</b></p

97、><p>　　通用型（又分無(wú)基極引線和基極引線兩種）、達(dá)林頓型、施密特型、高速型、光集成電路、光纖維、光敏晶閘管型（又分單向晶閘管、雙向晶閘管）、光敏場(chǎng)效應(yīng)管型等</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-

98、發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)以及上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中最重要的參數(shù)是電流傳輸比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。</p><p><b>　　集成電路</

99、b></p><p>　　在用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮集成電路的噪聲容限、電平、傳輸延遲時(shí)間、上升、下降時(shí)間、扇出能力等。</p><p><b>　　噪聲容限：</b></p><p><b>　　定義</b></p><p>　　不同系列的集成電路，其噪聲容限也不相同，如下圖所示：&l

100、t;/p><p>　　CMOS系列器件的高電平噪聲容限為0.94V，低電平噪聲容限為1V；</p><p>　　TTL系列器件的高電平噪聲容限為0.4V，低電平噪聲容限為0.4V；</p><p>　　ABT系列器件的高電平噪聲容限為0.4V，低電平噪聲容限為0.4V；</p><p><b>　　門(mén)限電壓：</b><

101、/p><p><b>　　輸入、輸出電容：</b></p><p>　　使用CMOS系列器件的注意事項(xiàng)</p><p>　　CMOS器件是電壓控制型器件，其輸入阻抗極大，對(duì)干擾信號(hào)十分敏感，因此不用的輸入端不應(yīng)開(kāi)路。可以根據(jù)使用時(shí)的具體情況，將不用的輸入端與使用的端子連接，或?qū)⒉皇褂玫妮斎攵私与娫椿蚪拥?。如果輸入引腳懸空，在輸入引腳上很容易積累電荷

102、，產(chǎn)生較大地靜電電壓。雖然器件地輸入管腳都有保護(hù)電路，靜電電壓一般不會(huì)損壞器件，但很容易使輸入管腳電位處于0到1之間地過(guò)渡區(qū)域，使得反相器上、下兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管均導(dǎo)通，使電路功耗增加，甚至損壞。</p><p>　　輸入信號(hào)幅度應(yīng)當(dāng)在供電電壓范圍內(nèi)，若輸入信號(hào)幅度超過(guò)供電電壓，則容易使輸入電流過(guò)大，損壞輸入端保護(hù)二極管；同時(shí)過(guò)大得輸入信號(hào)還容易觸發(fā)寄生可控硅現(xiàn)象造成電流損壞。</p><p>

103、　　CMOS電流得驅(qū)動(dòng)能力不大，因此驅(qū)動(dòng)TTL電路的扇出系數(shù)不大。但其輸入電阻很大，輸入電流僅幾個(gè)微安，在不考慮其輸入寄生電容得情況下，CMOS對(duì)CMOS的扇出系數(shù)可達(dá)50以上。</p><p><b>　　焊接時(shí)需要防靜電</b></p><p>　　輸出端所驅(qū)動(dòng)的電容負(fù)載應(yīng)不大于500pF，否則輸出級(jí)功率過(guò)大會(huì)損壞電路。</p><p>　

104、　使用74HC、74LS系列器件的注意事項(xiàng)：</p><p>　　74HC系列器件的工作電壓為2～6V；74LS系列器件的工作電壓為4.75～5.25V;</p><p>　　74HC系列器件可以直接驅(qū)動(dòng)74LS系列器件，而74LS系列器件不能直接驅(qū)動(dòng)74HC系列器件。但74HCT系列器件可以。</p><p>　　應(yīng)極力抑制電源線、地線地高頻噪聲，確保每個(gè)74HC

105、系列芯片的電源與地間有一個(gè)0.01~0.1uF的旁路電容。</p><p>　　74HC系列器件的輸入信號(hào)的上升沿及下降沿不要超過(guò)額定值（500nS）。因?yàn)榇蟛糠?4HC器件都帶有緩沖器，在電路閥值附件的增益非常高，在輸入較寬的信號(hào)時(shí)可能引起輸出振蕩和時(shí)序電路的誤動(dòng)作。</p><p>　　74HC器件不用的輸入引腳不能懸空。在總線方式時(shí)如8031的P0口，應(yīng)加負(fù)載處理。</p>

106、;<p>　　74LS器件不用的輸入引腳可以懸空，此時(shí)被認(rèn)為是高電平。</p><p>　　74HC與TTL接口</p><p>　　由于74LS的輸出電壓與74HC的輸入電壓不匹配，如：74LS的Voh保證值為2.7V，而74HC的Vih的保證值為3.5V，因此需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。用74LS驅(qū)動(dòng)74HC時(shí)加上拉電阻是一種選擇。如下圖所示：</p><p&g

107、t;　　上拉電阻使用下式計(jì)算：</p><p>　　式中IOH（74LS）為輸出高電平時(shí)的泄漏電流</p><p>　　還有一種方法是直接使用與TTL有同樣輸入電平的74HCT系列器件。74HCT系列器件的輸入電流和74HC一樣小，用74LS很容易驅(qū)動(dòng)，速度也不低，故是一種有效的方法。</p><p>　　反之，74HC驅(qū)動(dòng)74LS時(shí)，由于電壓電平不存在問(wèn)題，因此決

108、定扇出數(shù)的是74HC低電平的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)能力：</b></p><p>　　由前級(jí)器件的低電平輸出電流、后級(jí)器件的低電平輸入電流，前級(jí)器件的高電平輸出電流、后級(jí)器件的高電平輸入電流可求出前級(jí)器件的扇出數(shù)。（對(duì)于大多數(shù)TTL器件而言，其高電平輸入電流為100uA）。</p><p>　　74HC器件可以驅(qū)動(dòng)10個(gè)7

109、4LS器件；</p><p>　　74LS器件也可以驅(qū)動(dòng)10個(gè)74LS器件；</p><p>　　集電極開(kāi)路或漏極開(kāi)路輸出門(mén)電路</p><p>　　如上圖所示，將Rc放置在集成電路的外部就構(gòu)成了OC門(mén)電路（漏級(jí)開(kāi)路原理相同），需要選擇合適的Rc的阻值，將Rc接到門(mén)的輸出端與電源之間，該OC門(mén)才能具有穩(wěn)定的邏輯功能，如在電路設(shè)計(jì)時(shí)不接Rc，任其集電極開(kāi)路，則該電路不

110、具備正常的邏輯功能（特別是當(dāng)其負(fù)載為CMOS器件時(shí)）。</p><p>　　OC門(mén)的最大特點(diǎn)是具有線與功能。幾個(gè)OC門(mén)共用一個(gè)Rc（輸出端并接在一起），其輸出為各個(gè)OC門(mén)輸出之積（線與）。</p><p>　　Rc值的選取與OC門(mén)輸出級(jí)的漏電流大小以及OC門(mén)輸出級(jí)的電容和負(fù)載電容有關(guān)。</p><p>　　如果僅考慮與負(fù)載的電平配合，Rc可按下式選擇：</p&

111、gt;<p>　　Rc≥（Vcc－Vil）/nIoc</p><p>　　式中：Vil――后級(jí)器件的輸入低電平電壓；</p><p>　　n――線與的OC門(mén)數(shù)量；</p><p>　　Ioc――OC門(mén)輸出級(jí)漏電流；</p><p>　　如果考慮輸出信號(hào)的上升時(shí)間及下降時(shí)間，還需要根據(jù)OC門(mén)輸出級(jí)的電容和負(fù)載電容的大小及上升時(shí)間、

112、下降時(shí)間限制來(lái)確定Rc。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　下面主要就系統(tǒng)設(shè)計(jì)中影響可靠性的一些需要注意的問(wèn)題進(jìn)行討論，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)面臨的問(wèn)題、考慮的因素比這里列出的多得多。</p><p><b>　　電流倒灌</b></p><p>　　集成電路的典型模型如下：&l

113、t;/p><p>　　D1在大多數(shù)CMOS集成電路中起著防靜電功能.同時(shí)輔助起著輸入端限幅作用。但是在ABT,LVT,LVC和AHC/AHCT類集成電路中無(wú)此二極管。</p><p>　　D2是半導(dǎo)體集成所產(chǎn)生的寄生二極管(存在于所有數(shù)字集成電路),其輔助功能為對(duì)線路反射的下沖信號(hào)進(jìn)行限幅，提供一些放電保護(hù)功能。</p><p>　　D3用于保護(hù)CMOS電路在放電時(shí)的干

114、擾。在大多數(shù)雙極性器件中也存在此二極管，但為寄生二極管。在集電極開(kāi)路和三態(tài)輸出的雙極性器件中無(wú)此二極管。</p><p>　　D4在所有集成電路中均存在此二極管。它是器件的集電極或漏極的二極管。在雙極性器件中還附加了一個(gè)肖特基二極管對(duì)線路反射的下沖信號(hào)進(jìn)行限幅。在CMOS電路中附加了二極管以增加防靜電功能。</p><p>　　電流倒灌產(chǎn)生的原因：</p><p>

115、　　當(dāng)使用CMOS型器件作為接口芯片在如下圖所示的電路中使用時(shí)，如果Vcc2斷電，Vcc1繼續(xù)供給G1，G1的高電平輸出電流將通過(guò)D1向Vcc2上的電容充電（該充電電流將使D1迅速過(guò)載并使其損壞。CMOS器件中D1只能承受20mA的電流）并在Vcc2上建立一電壓，該電壓使使用Vcc2供電的其它電路工作不正常，特別使可編程器件。</p><p><b>　　解決措施：</b></p>

116、;<p>　　如圖（a）：在信號(hào)線上加一個(gè)幾歐姆的限流電阻，可防止過(guò)流損壞二極管D1，但不能解決灌流在Vcc上建立電壓；</p><p>　　如圖（b）：在信號(hào)線上加二極管D3及上拉電阻R，D3用于阻斷灌流通路，R解決前級(jí)輸出高電平時(shí)使G1的輸入保持高電平。此方法即可解決灌流損壞二極管D1的問(wèn)題，又可解決灌流在Vcc上建立電壓。缺點(diǎn)是二極管D3的加入降低了G1的低電平噪聲容限；</p>

117、<p>　　如圖（c）：在G1的電源上增加二極管D7。缺點(diǎn)是前級(jí)輸出高電平時(shí)，G1通過(guò)D1獲得電壓并從輸出高電平給后級(jí)電路。同時(shí)降低了G1的供電電壓，使其在正常使用時(shí)高電平輸出電壓降低。</p><p>　　最有效的解決方法是使用雙極型的器件（如LS器件，ABT器件）作為接口，由于雙極型器件沒(méi)有保護(hù)二極管D1存在，故不存在上述灌流通路。需要注意的是這時(shí)接口的輸入、輸出信號(hào)線上不能加上拉電阻（雙極型器件

118、輸入懸空當(dāng)高電平對(duì)待）。</p><p><b>　　熱插拔設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　熱插拔對(duì)電源的影響</b></p><p>　　電路板上電或熱插拔時(shí)會(huì)從電源拉出很大的啟動(dòng)電流并導(dǎo)致電源電壓的波動(dòng)，此現(xiàn)象控制不當(dāng)將影響系統(tǒng)中其它電路的正常使用，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的損壞。</p><p&