電路的可靠性設計范文

導語：如何才能寫好一篇電路的可靠性設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：監控系統；硬件電路板；可靠性

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）06-0097-02

常規意義上的監控系統主要有硬件部分以及軟件部分所構成。同時，在現階段的實際工作當中，各種電子裝置與設備監控系統所設置的電路板裝配方式仍然以印刷電路板為主。在印刷電路板的作用之下，電路板負擔著完成電子設備大量應用功能的工作任務。由此，不難發現，即便電路原理圖能夠保障設計的正確與有效，但由于印制電路板設計的誤差，也勢必會對整個電子設備應用的可靠性產生極為不利的影響。從這一角度上來說，電子設備監控系統中硬件電路板的可靠性設計是至關重要的工作內容之一，本文試對其作詳細分析與說明。

1 監控系統硬件可靠性指標

在整個監控系統硬件當中，系統所對應的可靠性指標主要涉及以下幾個方面：

①可靠度以及可靠度函數?？煽慷戎笜酥饕侵府a品在（0，t）時間范圍之內不發生失效反應的概率，而可靠度函數則是建立在既定工作時間、產品故障前運行時間基礎之上的函數關系。

②故障分布函數以及故障密度。故障分布函數主要是指產品在運行條件以及運行時間均表現為恒定狀態下，喪失規定功能的總概率函數，而故障密度所指的則是在t時刻后的一個單位時間內，出現故障產品數與總產品數之間的對應比值。

③失效率函數。該指標主要是指在條件既定狀態下，產品在某時刻后單位時間內出現失效的概率。

④平均壽命指標。對于不可修復的產品而言，該指標是指在產品發生故障之前所對應的工作時間。而對于可修復的產品而言，該指標是指在產品前一次發生故障與本次故障之間的工作時間間隔。

⑤指數分布指標。主要是其壽命的指數分布的服從特征。

2 監控系統硬件電路板的可靠性分析

對于監控系統而言，壽命是衡量硬件電路板可靠性的關鍵指標之一。在現階段的可靠性工程當中，針對監控板而言，比較常見的壽命分布模式可以分為以下幾種類型：二項分布、泊松分布、指數分布、正態分布、對數正態分布。由于監控系統當中的監控板主要是由相關電子元器件所構成的。結合有關電子器件的失效理論可以得出：絕大部分電子設備與裝置的壽命分布呈現出明顯的指數分布狀態，針對于監控系統監控板而言同樣如此。

結合上述分析，在有關監控系統可靠性框圖的構建過程當中，需要結合監控板所運行任務的差異性做出相應的考量，主要可以分為以下兩種情況：首先，從基本任務的角度上來說，整個監控系統所對應的可靠性框圖最為核心的思想在于保障監控系統整體運行的正常與規范。在剔除各種運行故障的基礎之上，確保監控系統功率輸出的正常與有效。其次，從特殊任務的角度上來說，整個監控系統所對應的可靠性框圖最核心的思想在于保障整個監控系統的不停機性。對于監控系統監控板而言，即便當中的一部分出現了運行故障，但仍然需要將整個系統的輸出功率限制在一定的允許范圍當中，可適當允許系統的運行功能有所降低，但需要最大限度的避免因無功率輸出而引發的停運事故。

對于我國而言，現階段針對電子設備所采取的可靠性計算方法可基本概括為：首先對相關電子元器件所對應的失效率數值加以判定，進而計算得出各個模塊分別對應的失效率數值，最后將可靠性框圖當中所涵蓋的模塊所對應失效率進行統計，由此獲取最為精確與全面的可靠性數值。

對于監控系統硬件電路板而言，首先，在有關監控系統硬件電路板分立元器件可靠性的計算過程當中，電阻裝置、電容設備、以及二極管裝置均屬于監控系統硬件電路板中分立元器件的組成部分。以電容裝置為例，其在正常運行狀態下所對應的工作失效率模型可按照如下方式進行構建，如式（1）：

失效率（單位：10-6/h）=基本失效率×環境系數×質量系數×電容量系數×串聯電阻系數×種類系數 （1）

在該計算模型當中，相關的失效率及系數取值大小均可通過對電路板所處工作環境的判定，以及相關元器件在出廠狀態下的理論參數來進行判定，最終可計算得出電容器所對應的工作失效率數值。

其次，在有關監控系統硬件各模塊電路的可靠度計算過程當中，首先需要完成對各個模塊當中所涵蓋電路工作失效率數值的計算，進而將所計算得出的電路失效率數值進行匯總處理，得到的是相對于單獨運行模塊而言的失效率。在此基礎之上，通過對可靠度計算公式的應用，即可計算得出監控系統硬件電路板當中相關模塊的可靠度取值情況。

3 監控系統硬件電路板（PCB）設計檢查要點與布

線原則

①根據電子學設計的邊界條件（空間真空環境），對重點發熱元器件在印制電路板的位置和發熱等情況，建立數學模型，進行EDA仿真熱分析，計算元器件、印制板的溫度，檢驗元器件工作溫度范圍是否滿足要求，檢驗元器件的結溫是否滿足降額要求；發熱量大的元器件通過熱管等散熱器件將熱量引出，元器件的散熱途徑（導熱散熱途徑和輻射散熱途徑）是否通暢和連貫，同時，應盡可能使導熱路徑最短；對于熱功耗大的元器件，應在器件下面與電路板接地部分設計熱過孔，填充金屬材料，實現熱傳導功能。

②一般情況下，首先應對電源線和地線進行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內，盡量加寬電源、地線寬度，它們的關系是：地線>電源線>信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3 mm，最細寬度可達0.05～0.07 mm，電源線一般為1.2～2.5 mm。

4 硬件電路板信號完整性設計

在監控系統硬件電路板設計的過程中，對于電路板信號的完整性設計也是影響其可靠性的關鍵因素，因此必須要注重電路板信號完整性的設計。其中應當遵循的準則包括以下幾個方面：

①在進行正式的設計工作之前，必須要對所使用的元器件以及相關的工藝進行科學的選擇，并且據此進行設計方案的確定，才能確保設計的科學性與合理性。

②預布線階段是對電路板層疊誤差和接地信號等問題進行處理的階段，這一階段主要是對各種可能出現的問題以及計算誤差進行科學的處理，以此保證線路層疊的有效性。同時，盡可能讓接地層與電源層成對布放，這樣能夠更加有效的保證信號的完整性。對于信號的完整性規劃需要根據信號參數以及其必須的拓撲結構范圍進行仿真模擬，才能從中找到最為理想的參數范圍，并且將此范圍作為布線的最終依據，成為PCB布線的主要約束條件。

③串擾是信號線之間不希望有的耦合，鄰近信號線的耦合會導致串擾而且改變信號線的阻抗。我們必須減少串擾。比如我們可以根據相鄰平行信號線的耦合分析來確定信號線間距或平行線長度。

④對于信號延遲以及其產生的影響是在布線時必須要充分考慮的關鍵問題，因此在實際的工作中，我們可以利用終端接線器的使用來對信號的完整性質量進行控制，從而有效的減少信號延遲所帶來的不利影響。

⑤轉換器是設計工作中常用的一種設備，轉換器的轉換速度越慢則信號完整性越好，同時利用不同的驅動技術也可以完成不同的轉換任務，所以我們可以在設計過程中，利用新的可編程技術，充分利用不同驅動技術的優越性，使其作用能夠充分發揮，以此來提升信號的完整性。

⑥當簡單的布線以及裝配工作完成之后，需要進行完整的電路板測試，將其測試結果與仿真結果進行對比，從中發現設計過程中存在的不足之處，以此作為依據，為后續的設計工作提供更充分的數據參考。

5 結 語

隨著社會和經濟的快速發展，集成電路和新型器件的應用也日漸廣泛，從另一方面來說，這也使得電路板的設計日漸復雜，因此對于電路板設計的可靠性要求也越來越高。監控系統已經成為現代社會中必不可少的硬件設備，對于監控系統電路板的設計工作，必須要對其可靠性的相關因素進行充分的考慮，才能確保各項設計成果的有效性，從而保證產品性能的安全性和完整性，促進相關工作的持續開展。

參考文獻：

[1] 李強.談PCB電路板的設計[J].商情，2011，（1）.

[2] 曲利新.空間電子設備電路板可靠性可測試性設計檢查[J].現代電子技術，2011，（19）.

[3] 孫林.電氣安全智能監控系統設計[J].神州，2013，（3）.

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【關鍵詞】現代電子設備 可靠性 設計

在電子信息技術不斷發展的過程中，高性能的元器件和超大規模的集成電路開始不斷朝著微細化的方向發展，同時在信號電平和電源電壓下降的情況下，導致電子設備對環境的干擾和外界應力變得越來越敏感，而且內部功率密度和電場強度的提高讓電子設備需要更好的熱耗散和功率耗散的途徑。在這樣的環境下，傳統電子設備的可靠性設計技術已經不能有效滿足現代電子設備的可靠性需求，所以就必須要去尋找更加適用、有效和系統的技術途徑。在電子設備的設計階段實施可靠性設計是保證電子設備可靠性最有效的手段，和生產階段以及測試階段相比它的成本低，可以采用的技術也很多。所以加強對現代電子設備可靠性設計的演講具有非常重要的作用。

一、電子元器件的可靠性選用

電子元器件的可靠性是電子設備系統可靠性的基礎。為了能夠讓電子設備的可靠性和使用壽命得到有效提高，最重要的環節就是要選擇正確的電子元器件。

（一）選擇質量和可靠性符合相關規范要求的電子元器件。研制生產企業可以制定出電子元器件的優選清單，而行業的主管部門也應該要制定出電子元器件的合格產品清單。電子設備的設計人員在選擇電子元器件時就應該盡量從這兩個清單上去選擇。電子元器件產品要想列入到合格產品清單需要滿足相關的條件，這樣才能有效保證電子元器件的可靠性和質量。

（二）選擇電子元器件型號和品種的原則。要盡量選擇通用元器件和標準器件，對非標準元器件和新品種元器件的選擇要謹慎。對元器件制造技術的成熟性也要重視；另外還需要對生產廠家的質量控制能力、產品質量信譽以及制造工藝水平進行考察。

（三）電子元器件封裝形式的選擇。對于集成電路和半導體分立器件來說，如果用封裝材料來分主要就有塑料、金屬以及陶瓷封裝這幾種形式。塑料封裝的成本較低，但是耐濕性、耐久性以及耐熱沖擊能力不好，散熱也不容許，所以在高可靠的應用場合要優先選擇金屬封裝或者陶瓷封裝。如果從封裝形式來分就有插裝和表面貼裝這兩種形式。從可靠性來分析的話，表面貼裝要更有優勢一些。

二、電子線路的可靠性設計分析

（一）簡化設計。因為可靠性是電路的復雜性函數，所以讓電路的復雜性下降則能夠有效提高電路的可靠性。在滿足規定功能的基礎上，要對電力結構進行盡量的簡化，最大程度的減少電子元器件使用的品種和類型，提高電子元器件的復用率。這也是讓電路可靠性得到有效提高的一種比較簡單和實用的措施。

（二）低功耗設計。電子系統正在向著高密度和小型化發展，這樣就使得電子系統的內部熱功率密度加大，可靠性則會降低。要讓電子系統內部的溫升減少，降低電路的功耗是最有效的措施?？梢员M量選擇低功耗的元器件；在規定功能有效完成的情況對邏輯電路進行最大程度的簡化，同時可以盡量讓軟件來完成硬件的功能，這樣系統的硬件數量就能有效減少。

（三）保護電路設計。電子系統在實際的運行中可能會受到外界干擾信號以及各種應力的影響，這樣電路就不能正常工作，情況嚴重時還會損壞內部器件。所以在設計電路時，要根據實際情況設計一定的保護電路。

（四）靈敏度分析。電子元器件對電路可靠性的影響主要取決于這個元器件造成電路性能變化的靈敏度，和電子元器件本身的質量沒有關系，所以在設計電路時，需要分析靈敏度，這樣就能夠確定出哪些電子元器件或者子電路會對電力的性能造成比較明顯的影響，從而來對它進行重點的設計。通過現有的邏輯模擬器或者電路模擬器就能有效完成靈敏度的分析。分析靈敏度也是提高電路可靠性的一個比較有效和經濟的方式。

（五）均衡設計。在對電子系統進行設計時，要先將電子系統分成多個電路塊，這樣才能夠完成各種不同的功能。在對系統進行分割的時候，要注意電路結構和功能的均衡性。每一塊電路的功能應該要比較完整，各個電路之間的連接應該要盡量減少，這樣互連對電路可靠性的影響才會減小；電路中元器件的數量相差不能過大，如果局部元器件過多的話就可能會帶來一些不可靠的因素。

（六）三次設計。三次設計主要包括參數設計、系統設計以及容差設計。參數設計主要利用正交設計法，結合著計算機輔助設計從而來找出穩定性比較好的合理參數組，它是三次設計的核心；系統設計就是一般的設計；而容差設計是當確定了系統的最佳參數組合后，和組成系統的各個元器件容差進行合理的規劃，讓產品能夠實現物美價廉。采用此設計能夠讓產品具有很好的信噪比，而且元器件的忍受能力也比較強，系統能夠在長時間內正常的工作。所以在元器件質量相同的情況下，采用三次設計的電路可靠性更好一些。

（七）降額和冗余設計。一般整機在使用器件的過程中，主要是根據產品手冊中的電壓、電流、功率的額定值以及散熱條件來進行。如果電子系統是在比較惡劣的環境下工作或者要求使用壽命比較長，為了讓這類電子設備的可靠性提高就需要對電子元器件進行降額使用。降額設計主要是通過線路設計讓電子元器件在設備中承受的壓力比規定的額定應力值低。而冗余設計主要是在系統或者設備的關鍵電路部位設計相關的功能通道，當其中一個功能通道發生故障時，也可以采用其他的來代替，這樣系統或者設備就能正常工作，從而來提高系統或者設備的可靠性。

三、印制電路板的可靠性設計分析

現在很多電子設備基本上還是采用的以印制電路板為主的裝配方式，經過相關的實踐證明可以發現，如果電路原理圖設計是正確的，但是印制電路板的布線設計卻不適當，也可能會對器件的可靠性產生影響。設備中的印制電路板主要是通過空氣流動來散熱的，所以在實際的設計過程中要對空氣流動途徑進行研究，對印制電路板或者元器件進行合理的配置，這樣才能提高電子設備的可靠性。

四、結束語

隨著電子信息技術的不斷發展，現代電子設備可靠性的要求也在不斷提高，而通過可靠性設計則能夠讓電子設備的可靠性得到有效保證。在進行可靠性設計時，首先要選擇合理和可靠的電子元器件，其次還需要對電子線路和印制電路板進行可靠性設計，這樣才能夠讓電子設備的可靠性得到有效保證。

參考文獻：

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關鍵詞：時統；可靠性；比例組合法

Abstract：At present，the SB-123time unified equipment is used by us in our ship.This equipment is out of order frequently because it was in use for a long time and the components are ageing.In this paper ，I will introduce a way to design the reliability of the new time unified equipment and distribute the reliability of each modules. The design starts with actual demand of the experiment mission and on a basis of the reliability reliability of the SB-123 time unified equipment.

Key words：time；unified；reliability

1 前言

目前某型測量船使用SB-123時統系統，因使用時間過長、元器件老化加劇、海上特殊的自然環境等原因，系統可靠性退化嚴重。隨著高密度試驗任務要求的不斷提高，該系統平均故障間隔時間800h的設計指標也已不能滿足實際需要，設計新一代高可靠性時統系統成為亟待解決的問題。

2 系統可靠性模型

2.1 系統可靠性框圖

SB-123時統系統的模塊化設計已趨于成熟，新一代時統系統的物理模型與SB-123系統基本一致，分為頻標單元、頻標切換單元、時碼產生單元、時碼切換單元、時碼放大單元及輸出轉接單元，其結構框圖如圖1所示。

考慮到各部件的相關性，電源系統為獨立的單元，不計入本文的可靠性設計模型中。為提高可靠性，頻標單元與頻標切換單元對頻率源進行三選二智能切換，為時碼產生單元提供標準的工作頻率。時碼產生單元與時碼切換單元對時碼進行三選二智能切換，輸出標準時間信號至時碼放大單元，通過輸出轉接單元至全船各用戶。該系統的可靠性框圖如圖2所示。

其中S1為頻標單元的可靠性表征，G1表決器為頻標切換單元的可靠性表征，S1與G1表決器構成三選二表決系統G1；S2為時碼產生單元的可靠性表征，G2表決器為時碼切換單元的可靠性表征，S2與G2表決器構成三選二表決系統G2；S3、S4分別為時碼放大及輸出轉接單元的可靠性表征。由此可知，該系統是由三選二表決系統與串聯系統構成的混合型系統。

2.2 系統可靠性數學模型

時統設備中的電路設計主要基于線性組件，并由可編程邏輯器件、接插件、電容電阻等組成。其故障原因大多由于偶然沖擊引起系統失效，通常認為在很短的時間間隔內不會發生多次沖擊，且在一定的時間間隔內每次沖擊是彼此獨立的。故系統可靠性基于指數分布建立數學模型，并取可靠度作為特征量對系統可靠性進行量化。

4 結束語

本文從某型測量船實際需求出發，以SB-123時統系統的可靠性表現為基礎，通過比例組合法，對適應高密度試驗任務的新一代時統系統的可靠性進行了設計并對各個單元的可靠度進行了重新分配。后續將對復雜電磁環境下及海上特殊自然環境下元器件的可靠性退化規律進行探討，旨在為后續電路設計及元器件選型提供參考。

[參考文獻]

[1]J.豪斯，D.V.摩根.可靠性與退化[M].半導體器件及電路的.北京：科學出版社，1989.

[2]李海泉，李剛.系統可靠性分析與設計[M].北京：科學出版社，2003.

[3]楊為民，盛一興.系統可靠性數字仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.

[4]何國偉.可靠性設計[M].北京：機械工業出版社，1993.

[5]何水清，王善.結構可靠性分析與設計[M].北京：國防工業出版社， 1993.

[6]楊金林，薛兵.長電纜數字化傳輸系統的可靠性設計[J].現代電子技術，2006，27.

[7]Mills，D.Improve algorithms for synchronizing com-puter network clocks[J].IEEE Transactions Networks，1995 June.

[8]黃睿芳.基于FPGA的時統模塊可靠性設計[J].電子技術，2011.

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【關鍵詞】機載同步；激光測距機；可靠性設計；分析和探究

1 引言

新形勢下，隨著科學技術的蓬勃發展，機載同步激光測距機的開發和應用也日益受到人們的廣泛關注和重視。機載同步激光測距機，主要通過發送和接收激光回波信號來判斷被測目標的具置距離，被廣泛應用于高壓電網架設、石油開采、道路建設及軍事部門等多個領域。通過對機載同步激光測距機可靠性設計的分析和探討，解決機載同步激光測距機關鍵技術中存在的問題，能夠進一步推動機載同步激光測距機的普及應用，并發揮出更為重要的作用。

2 機載同步激光測距機的可靠性設計

2.1 機載同步激光測距機的設計要求

根據火控總體的主要技術指標規定，機載同步激光測距機的工作波長應該保持在1.06um，測程在200m～10km，并在最大測程時，能見度必須達到15km，測距精度為±10m，重復的頻率最好設定在1Hz左右。機載同步激光測距機的連續工作時間，要求每工作10s，間隔30s，總共循環5次。在通訊方式上，可以選用RS422，工作溫度穩定在-30℃～﹢55℃之間，并保證重量在2.5kg左右，MTBF達500h。

2.2 機載同步激光測距機的組成、功能及設計特點

機載同步激光測距機的功能組成，主要有激光器件、激光發射電源、激光接收放大器、距離信息處理器和光學系統，以及低壓電源等幾個部分。且在系統結構上，具有結構一體化、分艙隔離的設計特點，在系統電路上，具有高低壓、強弱信號和信號與電源彼此之間相互隔離的設計特點。

（1）激光器件

激光器件是產生1.06um激光輻射的核心器件，通過在性能指標、剛性和絕緣性，以及體積、重量上，對激光器件實行優化設計，要求激光器件通過自然冷卻的方式，選擇非金屬材料作為聚光腔的設計材料，選擇染料片作為調Q元件，避免調Q軟件的干擾。

（2）激光發射電源

包括工作時序控制電路、主高壓形成電路和氙燈觸發電路，以及放電電路等在電路內的激光發射電源的主要功能，是為激光器件提供電源，保證激光器件正常工作，除此之外，激光發射電源還能夠提供復位信號給信息處理器。

（3）激光接收放大器

在探測到激光回波信號時，激光接收放大器還能夠將其進行放大和處理，從而發出關門信號，在距離信息處理器接收后，按要求完成操作。激光接收放大器在集成對數放大器技術的應用基礎上，不但促使其體積僅為常用電路1/4，同時也促使激光接收放大器的可靠性和抗干擾能力得到有效提高。

（4）距離信息處理器

距離信息處理器包括光取樣電路、門控電路、計數電路和晶振電路等電路在內，主要用于處理和發送距離信息。在AMD可編程邏輯技術的基礎上，距離信息處理器的高集成性、抗干擾性有了進一步提高，而且在功耗方面，也有所降低。

（5）光學系統

光學系統，包括發射和接收光學系統兩個部分。發射光學系統主要用于壓窄激光器件發射激光脈沖的發散角，促使機載同步測距機的能量密度得到提高，而接收光學系統，則能夠通過會聚的形式，將反射回來的光束聚集在雪崩光電探測器的光敏面上。

（6）低壓電源

低壓電源主要由兩個部分組成，即變壓器和±12V直流電壓與±5V直流電壓形成的電路共同組成。通過低壓電源，能夠將單相電源、交流115V電源轉換為機載同步激光測距機所需要的電源，維持激光測距機正常工作。

2.3 機載同步激光測距機的工作原理

機載同步激光測距機的工作原理，主要包括發射光束、接收并轉換光束、關門信號和開門信號等幾個步驟，大概分析如下。

（1）發射光束

在激光發射電源的基礎上，Nd：YAG固體激光器能夠產生工作波長為1.06um單脈沖激光束，并接受發射光學系統對發散角進行壓窄和擴展，由導向光學系統發射給目標。

（2）接收并轉換光束

由接收光學系統接收反射回來的單脈沖激光束，并在通過濾波后，再將單脈沖激光束會聚到雪崩光電探測器上實現光回波脈沖向電脈沖的轉換。

（3）關門信號

經由激光接收放大器放大、處理，將回波關門信號發送給距離信息處理器。

（4）開門信號

在距離信息處理器發射激光脈沖的同時，距離信息處理器會從光取樣電路上接收到到開門信號，并通過激光發射電源獲取同步復位信號，讓數字電路處于等待執行狀態。當開門信號被執行，電子門打開，計時器開始測量間隔脈沖，直到回波關門脈沖返回，電子門關閉，計時器同時停止工作。

2.4 機載同步激光測距機的設計及關鍵技術

（1）電磁兼容性

電磁兼容性，是機載同步激光測距機可靠性設計中的關鍵技術之一。在1Hz激光測距機中，觸發干擾經常出現，給整機其他電子線路造成了很大的電磁干擾。通過采取屏蔽觸發變壓器，控制輻射干擾范圍，或是采取觸發回路與其他電路電隔離，預防傳導干擾，或是在布局上進行分區隔離、在易受干擾的元件上加設濾波等幾種方式，能夠有效降低觸發干擾的發生。

（2）熱設計

機載同步激光測距機是通過自然冷卻的形式散發元件工作時產生的熱量的，為了保證機載同步激光測距機能夠長時間工作，防止溫度過高損壞元件，在激光器件的通道設計上，需要注重其傳導散熱的良好性能。

（3）降額設計

在脈沖激光測距機的日常工作中，很多元件往往需要在超負荷的狀態下工作，長此以往，很容易降低元件使用壽命，對元件造成損壞。為此，在進行可靠性設計時，應該注重元件的耐壓、功耗及變化率等方面的設計。

（4）可靠性設計

根據《航空機載設備可靠性維修性工程應用手冊》來看，有源器件與平均故障間隔時間主要呈曲線關系變化，激光測距機的平均無故障時間MTBF大概在900h，在手冊的可靠性等級之中。

（5）連續無故障時間（MTBF）

機載同步激光測距機的可靠性設計，要求MTBF值達到500h。根據不同的情況，需要考慮分析的差異也不同。

例如：某激光測距機主要由A、B、C、D四個構件構成，連續無故障時間T=480h如下所示，現為提高該激光測距機的可靠性，要求將X材料換掉，由Y材料代替，預計改進后的連續無故障時間能否達到可靠性要求？

A.1100h B.2000h C.2050h D.6000h

根據分析，激光測距機主要是材料發生變化，對于只需對X、Y材料做抗拉試驗、彈性模量、系統剛度、強度和熱膨脹系數、導熱系數，以及材料密度、伸長率等進行分析，得出Y材料可使D的T提高20%。因此，

新T（D）=6000×（1+20%）=7200h

改進后的整體產品T=1/（1/1000+1/2000+1/2050+1/6000）=504h

3 結束語

通過對機載同步激光測距機的可靠性設計的研究，能夠在加深人們對機載同步激光測距機的認識和了解的同時，幫助提高機載同步激光測距機的抗干擾能力，降低能耗，延長其使用壽命，從而進一步推動機載同步激光測距機的普及應用。

參考文獻：

[1]魏炳鑫.機載激光測距機光學系統設計中的幾個問題[J].機載火控，2004（01）.

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關鍵詞：單片機 可靠性 抗干擾 硬件 軟件

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0011-01

1 引言

由于單片機靈活小巧、智能方便等特點，其在多個領域受到科技工作者的歡迎，如在工業控制、儀器儀表、測控等方面應用非常普遍。統計顯示，以單片機作為核心的自動控制系在我國已占到所有微機測控系統的90%。

單片機系統運用如此之廣，但其工作環境卻相當惡劣，實時控制的現場工作環境相當復雜，自動控制系統需要全天滿負荷地運行。這樣的環境與需求對單片機控制系統的穩定性和可靠性提出了較高的要求，因此可靠性的設計是對單片機控制系統最基本、最重要的設計，也是現今單片機研究非常重要的一個方面。

2 單片機系統可靠性

可靠性的定義是產品在規定的條件下和時間內能夠完成規定功能的能力。硬件的可靠性顯示了設計者按照用戶的要求來確定硬件系統的設計目標，從而體現其執行功能的正確程度；軟件的可靠性則顯示了設計者按照用戶的要求來確定軟件系統的設計目標，從而體現其執行功能的正確程度；硬件與軟件綜合起來的可靠性體現的就是系統的可靠性。

3 提高硬件可靠性

在單片機系統的硬件設計與制造過程中，設計者可采用如下的一些方法與措施來提高硬件系統可靠性，從而來增強整個系統抗干擾的能力。

（1）干擾源抑制。對于不同的干擾源，應采取不同的措施來起到抑制干擾的作用。如可以給電機加上濾波電路，給繼電器接點兩端并接火花抑制電路；如可以在控硅兩端并接RC抑制電路，以減小可控硅所產生的噪聲；如可以在繼電器線圈增加續流二極管，以消除斷開線圈時所產生的反電動勢干擾；還可以在系統中加入氣體放電管等元件，從而防止雷擊干擾。（2）元器件選用。元器件的質量、性能與可靠性是提高硬件系統可靠性的基本保證，重點選擇集成度高、可編程的邏輯器件，這樣可以使得在保證元器件質量的同時盡量減少數量。另外在選擇元器件的時候，在滿足系統性能的情況下盡量選擇外時鐘頻率低的芯片；并且所有的元器件應經過老化與高低溫的測試，必須測試合格后再使用。（3）控制系統結構設計?？刂葡到y結構的設計是影響系統可靠性非常重要的方面。在設計系統硬件的機構時，不僅要考慮各類的元器件工作速度是否匹配，高速與低速器件不應混用；還要考慮各類的器件工作溫度特性是否匹配，若工作溫度相差大，兩者要分開使用；另外還要考慮在模擬輸出的通道上加裝調零電路，來提高測控的精度；以及數字I/O通道的加光電耦合器，要切斷主機和前后通道的聯系，將噪聲排除在主機系統外。（4）接地設計。不同的電路接地方式不同。高頻電路（高于10MHz）應采用就近多點接地的方式，避免各地線之間的耦合；低頻電路（少于1MHz）應采用一點接地的方式，減少地環路的出現；頻率在1MHz至10MHz之間時，以上兩種接地方式均可采用。但若采用一點接地的方式，其地線的長度不應超過波長的1/20。另外，注意交流地與信號地不能共用；小信號前置放大電路本身應采用一點接地的方式；A/D前置放大電路則一般浮空；單片機與大功率器件之間的地線應單獨接地。（5）屏蔽和去耦設計。屏蔽方面，應使用金屬盒，對容易干擾與擾的部件、電路進行屏蔽，使干擾的電磁波短路接地。去耦方面，由于數字電路信號在電平轉換的過程中會產生強大的沖擊電流，同時在傳輸線與電源內阻上產生壓降，從而對電路形成嚴重的干擾。設計者應在電路中配置去耦電容，一方面提供與吸收集成電路在開門瞬間所充放的電能量，另一方面則是濾掉集成電路中的高頻噪聲。

4 提高軟件可靠性

在單片機系統的軟件設計與制造過程中，設計者可采用如下的一些方法與措施來提高軟件系統可靠性，從而來增強整個系統抗干擾的能力。

（1）數字濾波技術。在單片機系統的所有輸入信號中，一般均會含有各種各樣的噪聲與干擾，它們分別來自被測信號源本身、傳感器與外界干擾等。數字濾波技術可以將上述的噪聲與干擾削弱或消除。所謂的數字濾波，即是通過某些計算與判斷程序來減少干擾信號的比重，因此它是一種軟件濾波。（2）指令冗余技術。當PC受到干擾出現錯誤時，原定程序就會脫離正常的軌道，出現“亂飛”的現象。如當亂飛至某雙字節指令時，若取指令的時刻正好落在操作數上，則會誤將操作數當作操作碼，最終程序將出現混亂。這時應采用指令冗余技術，在一些雙字節與三字節的指令后面插入兩個單字節的指令NOP，或者在一些起到程序流向決定作用的指令前插入兩條NOP指令，這樣便能使亂飛的PC指針恢復正常。（3）軟件容錯技術。軟件容錯技術包括數據容錯和程序容錯兩方面的技術。數據容錯技術常采用的措施是在重要的數據上增加冗余位，從而加大數據和代碼間的漢明距離，增強檢錯與糾錯能力。程序容錯技術則要是指指令容錯，即為前面所述的指令冗余技術。（4）睡眠抗干擾技術。CPU在很多的情況下都是處于等待的狀態的，此時它雖然沒有工作，但是卻是清醒的，很容易受到干擾。如果CPU在沒有進行正常工作時休眠，在必要時由中斷系統喚醒它，則可以大大降低其所受到的干擾，也大大降低功耗。

5 結語

單片機系統可靠性的設計是整個控制系統安全運行的基礎保障，也是系統開發設計的重點環節。實踐表明，我們的科技工作者必須要認真分析單片機的工作環境與性能要求，客觀合理地對其系統的軟件與硬件進行可靠性設計，使得系統能夠最大限度避免外界干擾的影響以及干擾所引起的其他非正常運行，保證系統可以長期可靠地工作。本文從單片機可靠性分析入手，論述提高其可靠性的措施，并提出了增強單片機系統可靠性的硬件和軟件的設計方法。本文旨在拋磚引玉，為讀者提供思路，希望能在后期挖掘出更多的新的設計。

參考文獻

[1]任曉榮.單片機系統可靠性設計[J].計算機測量與控制，2003，（11）.

[2]曲桂芳，野錦德.提高單片機測控系統可靠性的若干措施[J].天津通信技術.2001，（2）：20-24.

篇6

【關鍵詞】開關電源 可靠性 三防設計

隨著科學技術的進步，開關電源已經應用于人們生活的方方面面，人們對開關電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開關電源的可靠性是保證設備正常運行的關鍵。為此如何設計出可靠性性能高的開關電源成為相關研究者重點研究的方向。

1 開關電源可靠性設計

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統和分布式供電系統是開關電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統會由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個供電的質量造成影響，另外，集中式供電系統采用一臺電源集中供電，一旦該電源發生故障就會影響整個供電系統，分布式供電系統相比集中式供電系統供電質量具有一定的優勢，其供電電源和負載距離比較近，能夠有效改善動態響應特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節約能源的優點，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設計開關電源時，出于可靠性的考慮，通常都應用分布式供電系統，

1.2 電路拓撲選擇

開關電源的拓撲的結構非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓撲結構，雙橋或者半橋正激式電路開關能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開關管時比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓撲，其開關管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開關管選擇帶來很大的困難。全橋拓撲結構和推挽式拓撲結構容易出現單向偏磁飽和現象，容易造成開關管損壞，半橋電路本身具有自動抗不平衡的特點，可以有效改善開關管損壞的現象。所以根據拓撲結構的特點，為了保證開關電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應用的方法，其在電壓控制方面具有以下優勢：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現電流過大損壞開關管的現象，降低了短路故障和過載現象；

（2）比電壓型紋波穩定；

（3）容易補償，環路穩定；

（4）快速的瞬態響應和優良的電網電壓調整率。經過實踐證明50W開關電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠遠比電壓控制型優良。

硬開關技術往往會受到開關損耗的影響，一般情況下，其開關頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開關技術，可以將開關的損耗降低到零。軟開關技術具有諧振變換器和PWM變換器的優點，可以應用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開關電源的可靠性，通常開關電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質量問題

制造質量出現問題，解決的方法只有一個就是嚴格的選擇元器件，避免不成熟、劣質的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質量問題影響開關電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問題

器件可靠性是常見的基本失效問題，主要和元器件的工作應力水平有關，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時將早期失效。密封性能不合格。穩定性差、電參數不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應用元器件之前進行非破壞性試驗進行篩選，通過非破壞性試驗可以明顯降低元器件可靠性的問題，在進行非破壞性試驗時需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴格按照技術要求進行測試。

1.4.3 設計問題

為了有效降低設計問題導致的元器件失效，因此在選擇元器件時最好選用硅半導體，盡量少用褚半導體或者避免使用褚半導體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設計的原則一般是不使用電位器，但是如果無法避免，就需要對電位器最好封裝措施，對于在惡劣環境下。例如潮濕、煙霧等，在設計時不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導致其容易在惡劣的環境中發生腐蝕，進而影響設備的正常運行。在航天設備中應用的元器件因為常常受到空間粒子的影響，容易導致鋁電解電容發生分解。因此在選擇時盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問題

能源損耗問題和元器件的工作應力沒有關系，主要和元器件的工作的時間有關，例如鋁電解容易如果長時間運行，鋁電解電容的電容液就會會被破壞，相應的電電容容量就會降低，電解液沒損失40%，電容量就會下降20%。如果點容易的芯子出現干涸，就無法在繼續運行，因此為了避免這種情況的發生，在設計開關電源時，最好注明率電解電容的更換時間，在使用達到更換時間時，強制對其進行跟換。

1.5 安全設計和三防設計

安全性是開關電源重要的一項性能指標，如果開關電源不具有安全性就不可能實現預定的功能，還特別容易發生安全事故，從而導致發生無法挽回的重大損失。因此開關電源必須要具有很高的安全性，那么在設計開關電源時，需做好防止觸電燒傷的措施，對于防觸電可以將輸出端設計為空，對于防燒傷控制其暴露在外面的機殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過60度。在開關設計時，密封的要求也非常高，因此對于要求密封的器件做好相應的密封措施了對于暴露在空氣中的結構，不要設計凹陷的結構，做好防潮防腐蝕措施，對于開關的電源結構可以應用密封或者半密封的形勢隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對開關電源不利的因素，保證開關電源的可靠性。

2 結束語

開關電源的可靠性和開關電源設備的性能息息相關，因此保證開關電源的可靠性保證開關電源的設備的正常運行，選擇合適的元器件，合適的拓撲電路沒做好安全設計和三防設計可以有效提高開關電源的可靠性。

參考文獻

[1]姚洪平，劉億文，薛晨光.開關電源可靠性設計研究[J].電子制作，2013，17：39.

[2]劉志雄.開關電源可靠性設計探討[J].現代商貿工業，2010，09：325-326.

[3]黃永俊，張居敏，胡月來.開關電源可靠性的設計[J].農機化研究，2005，02：147-148.

篇7

關鍵詞：機電產品；可靠性；探討

引言

隨著技術的迅速發展，機電產品在國防、工業、農業、商業、科研和民用等方面的應用種類越來越多，而且都離不開電源技術和其它技術的應用。如果在其應用中忽略了可靠性管理，機電產品的質量也不會得到保證?？煽啃允钱a品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。所以，可靠性是產品質量的時間指標，是產品性能能否在實際使用中得到充分發揮的關鍵之一。機電產品的可靠性是設計出來的、生產出來的?？煽啃栽O計必須與機電產品的功能設計同步進行。因此，設計人員必須明確可靠性設計的目的并掌握可靠性設計的方法。

下面僅對機電產品的可靠性進行部分簡要探討。

1 可靠性設計

1.1 可靠性設計的目的

可靠性設計的目的一般包括以下幾個方面：

——目的任何國家的產品的先進性和可靠性對其國際貿易、國際聲譽和國際地位都有很大的影響，因此，各國政府都很重視產品的可靠性問題；

——經濟目的對銷售而言，產品的質量和可靠性水平是其占領市場份額和獲得信譽的關鍵性因素；對生產而言，生產設備的可靠性故障會影響生產，造成經濟損失；因此，各廠家和用戶都很重視產品的可靠性問題；

——軍事目的軍用設備的可靠性直接關系到戰斗的成敗，人員的傷亡，甚至國家的安全，因此，各國都很重視軍用產品的可靠性問題。

1.2 可靠性設計的指導思想

可靠性設計技術是在產品的設計中采取相應的措施，以提高產品的可靠性并達到可靠性指標的一門技術。為此應當充分注意以下幾個方面：

——充分估計現有的技術水平，盡量采用成熟的、定型的、標準的原材料、元器件、電路和工藝來完成設計；

——準確掌握產品在運輸、儲存和使用中可能遇到的環境條件，采取相應的可靠性設計技術，以便使產品增強對環境的適應能力；

——應當充分滿足設計與工藝制造、調試檢測和維護使用的相互要求；

——可靠性定量活動應當貫穿于產品研制的全過程，包括可靠性分析、預計、論證、指標的確定和分配、設計、制造、調試檢測和維護使用等；

——重視和加強設計階段的可靠性管理，在設計中，必須貫徹和執行可靠性設計的技術標準和規范、產品可靠性要求事項、可靠性工作和可靠性審查程序等管理措施。

1.3 可靠性與維修性指標的論證和確定

可靠性與維修性指標的論證應當特別注意以下兩個問題：

——被論證的機電產品應該具有哪些可靠性與維修性指標用來表征產品可靠性的數量特征有很多，對被論證的機電產品應該根據其用途選用適當的可靠性與維修性指標，例如對可修復的連續工作的機電產品，應以規定時間內的可靠度或平均無故障工作時間和平均維修時間作為主要可靠性指標；

——決定機電產品可靠性與維修性指標的高低應當根據使用要求、成本和研制進度來決定機電產品可靠性與維修性指標的高低，例如軍用機電產品的可靠性與維修性指標過低，不僅會喪失戰機，而且還將處于被動挨打狀態；而可靠性與維修性指標過高，不僅會延長研制周期，而且還將增大研制經費。

1.4 可靠性指標和性能指標的關系

可靠性指標和性能指標的關系應當特別注意以下3點：

——可靠性是產品質量的時間指標；

——如果達不到可靠性指標的最低要求，性能指標再好也沒有實際使用價值，反之亦然；

——性能指標的裕量是保證可靠性指標的必要條件。

1.5 可靠性增長

任何產品初期的可靠性不可能達到預期的水平，都需要一個經過不斷地采取各種糾正措施的增長過程。可靠性增長應當把握以下3個主要因素：

——產品的反饋，特別應該重視用戶的意見；

——產品可靠性故障的檢測與分析；

——采取相應的糾正措施并進行試驗驗證。

2 元器件的選擇與使用

元器件是機電產品可靠性的基礎之一，很多機電產品的失效是由于元器件的性能和質量問題造成的。例如，國內某煉鋼廠用中頻爐熔煉鋼鐵，其中頻電源是利用晶閘管全橋逆變獲得的，每個橋臂上的晶閘管均并有阻容吸收電路。熔煉過程中，由于阻容吸收電路中的電容被擊穿導致晶閘管失去保護而被擊穿，從而造成直通故障和快速熔斷器熔斷，中頻爐斷電，正在熔煉的鋼鐵凝結在爐中，造成極大損失。由此可以看出元器件的選擇與使用的重要性。

2.1 元器件的選用原則

元器件的選用要遵循下述原則：

——根據產品要實現的功能要求和環境條件，選用相應種類、型號規格質量等級的元器件；

——根據元器件使用時的應力情況，確定元器件的極限值，按降額設計技術選用元器件；

——根據產品要求的可靠性等級，選用與其適應的并通過國家質量認證合格單位生產的元器件；

——盡量選用標準的、系列化的元器件，重要的關鍵件應選用軍用級以上元器件；

——對非標準的元器件要進行嚴格的驗證，使用時要經過批準；

——根據國家或本單位的元器件優選手冊選用。

2.2 器件封裝結構和質量等級的選擇

2.2.1 器件封裝結構的選擇

環氧樹脂塑封器件為非氣密性結構，易受潮氣、鹽霧和其它腐蝕性氣體的侵蝕而失效。因此，對使用環境苛刻的產品，應當選用金屬、陶瓷或低熔點玻璃封裝的器件。

2.2.2 質量等級的選擇

質量等級是指元器件裝機使用前，在制造、檢驗和篩選過程中質量的控制等級。我國電子元器件分為a，b，c三個質量層次，每個質量層次包含幾個質量等級，每個質量等級都有相應的質量系數。

質量等級的選擇原則為：

——對可靠性要求高的產品，優先選用通過生產線軍用標準認證并已上qpl（質量認證合格產品目錄）表的元器件；

——關鍵件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件應當選用質量等級高的元器件；

——其它元器件可按其生產執行標準，參照國標中質量等級順序選用。

2.3 降額設計

2.3.1 降額設計的依據

電子元器件在使用或貯存過程中，總存在著某種比較緩慢的變化。這種變化發展到一定程度時，會使元器件的特性退化、功能喪失，即失效了。而這種變化的快慢，與溫度和施加在元器件上的應力大小直接相關。為此，應當對元器件實行降額設計。

2.3.2 降額等級

對不同的元器件，應用在不同的場合，實行不同的降額等級：

——Ⅰ級降額，是最大降額，應用于最關鍵設備；

——Ⅱ級降額，是中等降額，應用于重要設備；

——Ⅲ級降額，是最小降額，應用于一般設備。

2.3.3 降額注意事項

降額注意事項如下：

——有些元器件的應力是不能降額的，如電子管的燈絲電壓、繼電器線圈的吸合電流；

——有些元器件應力的降額是有限度的，如薄膜電阻器的功率減到10％以下時，二極管的反向電壓減到60％以下時，失效率將不再下降；

——有些電容器的降額可能發生低電平失效，即當電容器兩端電壓過低時呈現開路失效。

2.3.4 降額系數

降額系數是依靠試驗數據和使用的環境來確定的。確定降額系數的方法如下：

——模型及基本失效率與溫度、降額系數之間的關系曲線；

——減額曲線給出了為保證元器件可靠工作所選擇的降額系數與溫度之間的函數關系，當在該減額曲線上工作的半導體結溫達到其最高結溫時，其失效率仍然較高；

——應用減額圖，即在減額曲線的下方，通過試驗找到一條半導體結溫較低的減額曲線；

——各種元器件的減額因子參見國家標準。

3 三防設計

任何機電產品都是在一定的環境下工作的，而潮濕、鹽霧和霉菌會降低材料的絕緣強度，引起漏電，從而導致故障。因此，必須采取防止或減少環境條件對機電產品可靠性影響的各種方法，以保證機電產品工作中的性能。例如，國內某廠家生產的ups，由于沒有采用三防設計，在沿海和潮濕地區應用時多次發生故障，致使該廠家的維修費用過高，幾乎到了無利可圖的地步。由此可以看出采用三防設計的重要性。為此應當充分注意以下幾個方面。

3.1 防潮設計

防潮設計的原則如下：

——采用吸濕性小的元器件和材料；

——采用噴涂、浸漬、灌封、憎水等處理；

——局部采用密封結構；

——改善整機使用環境，如采用空調、安裝加熱去濕裝置。

3.2 防霉設計

防霉設計的原則如下：

——采用抗霉材料，例如無機礦物質材料；

——采用防霉劑進行處理；

——控制環境條件來抑制霉菌生長，例如采用防潮、通風、降溫等措施。

3.3 防鹽霧設計

防鹽霧設計的原則如下：

——采用防潮和防腐能力強的材料；

——采用密封結構；

——岸上設備應當遠離海岸。

4 抗震設計

任何機電產品都要經過從廠家到用戶的裝運過程，特別是在振動場合下應用的機電產品，必須采取防止或減少振動環境條件對機電產品可靠性影響的各種方法，以保證機電產品工作中的性能。例如，國內某個著名研究所在上世紀60年代購入一臺幾十萬元的真空熔爐設備，在廠家驗收合格后運往北京。然而經過多次調試，其高壓電源均調不到額定值，只好丟棄在庫房中。后來被另一個研究所以廢品的價格買走，打開高壓電源的油箱后發現高壓變壓器的初級繞組三相進線中有一根斷裂。這很可能是該產品從廠家到北京的裝運過程中發生的。由于沖擊和振動會引起材料的機械強度降低，甚至會發生材料斷裂，從而導致故障。為此應當充分注意以下幾個方面：

——印制板上各元器件引腳線長應當盡量短，以增加抗振動能力；

——印制板應當豎放并進行加固；

——較重的器件應當進行加固；

——懸空的引線不宜拉的過緊，以防振動時斷裂；

——運輸機電產品時，應當加強防震措施；

——振動場合應用的機電產品，應當采用防震措施。

5 電磁兼容性設計

電磁兼容性是指電子設備在電磁環境中正常工作的能力。電磁干擾是對電子設備工作性能有害的電磁變化現象。電磁干擾不僅影響電子設備的正常工作，甚至造成電子設備中的某些元器件損害。因此，對電子設備的電磁兼容技術要給予充分的重視。既要注意電子設備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設備本身不對周圍其他設備產生電磁騷擾，影響其他設備正常運行。

例如，國內某廠家生產的二氧化碳激光器刻標機，由于對電磁兼容性設計重視不夠，每當二氧化碳激光器刻標機運行時，其周圍的計算機等電子設備便無法工作。這主要是因為二氧化碳激光器刻標機運行時產生的空間電磁輻射干擾所致。為此應當充分注意以下幾個方面。

5.1 電磁兼容性控制

電磁兼容性控制主要包括以下各項：

——落實電磁兼容性管理機構的職責、權限和實施；

——電磁兼容性的預測和分析；

——制定項目的電磁兼容性標準；

——進行項目的頻譜管理；

——制定電源、結構、工藝、布局等電磁兼容性的要求；

——擬制電磁兼容性試驗大綱。

5.2 電磁兼容性設計指標

電磁兼容性設計指標可以參照相應的國家標準。

5.3 電磁兼容性設計方法

電磁兼容性設計方法主要包括以下各項。

5.3.1 抑制騷擾源

抑制騷擾源的主要方法如下：

——限制騷擾源的電壓、電流變化率；

——限制騷擾源的電壓、電流幅?；

——限制騷擾源的頻率；

——直流電源的去耦；

——交流電源變壓器的電磁屏蔽；

——對感性負載的騷擾源采取相應措施；

——采用獨立電源。

5.3.2 切斷干擾的耦合通道

切斷干擾的耦合通道的主要方法如下：

——完整的電磁屏蔽以切斷空間干擾的耦合通道；

——合適頻譜的濾波以切斷線路傳導干擾的耦合通道；

——適當的接地以降低地線干擾的耦合通道；

——采用適當的導線以傳輸不同性質的信號；

—

—注意元器件的布局，以降低干擾耦合；

——應用布線技術，以降低干擾耦合；

——采用電磁、光電、機械等隔離技術，切斷干擾的耦合通道。

5.3.3 提高敏感電路的抗干擾能力

提高敏感電路的抗干擾能力的主要方法如下：

——選用具有高抗干擾能力的元器件；

——采用完整的電磁屏蔽；

——采用合適的濾波技術；

——限制電路的帶寬；

——采用合理的去耦措施；

——采用合理的接地。

5.4 電磁兼容性試驗驗證

電磁兼容性試驗驗證可以參照相應的國家標準進行。

6 安全性設計

安全性是保證機電設備能夠可靠地完成其規定功能，同時保證操作和維護人員的人身安全的重要特性。例如，國內某廠家生產的ups有兩個性能和參數不同的端口，但是卻采用了兩個相同的電連接器。操作人員匆忙中插錯了電連接器，造成該電源燒毀。對此如有防差錯的安全性設計，就不會發生這種災難性后果。安全性設計主要有以下幾項內容。

6.1 防止電危險的安全性設計

防止電危險的安全性設計主要包括：

——設計操作方便的電源開關，以便能及時切斷電源；

——全部外露金屬件都要可靠接地；

——設置過壓、過流和漏電保護裝置；

——設置高壓電容器自動放電裝置；

——電源和高壓部位應當設置明顯標志，如電源進出線的‘火’‘零’‘地’，蓄電池的‘正’‘負’，以防誤操作；

——特別要注意高壓部件的絕緣設計；

——露天使用的機電產品應設置避雷裝置；

——多個電連接器，應有防差錯設計。

6.2 防止機械危險的安全性設計

防止機械危險的安全性設計主要包括：

——運動部件應當加防護和限位裝置以保證人身安全；

——設備的邊角應當導圓以防傷人；

——門、抽屜以及其它運動部件，應當加連鎖裝置以防意外脫落；

——有危險的部位，應當設置明顯標志。

6.3 防止火災和爆炸危險的安全性設計

防止火災和爆炸危險的安全性設計主要包括：

——有爆炸危險的物資，對其使用、運輸和存儲都應有相應的安全措施；

——有易燃危險的物資，應有相應的防范措施；

——對電氣設備，應當加強維護和檢修，以防引起火災；

——盡量采用阻燃性好的材料；

——設置滅火裝置。

6.4 防止輻射危險的安全性設計

防止輻射危險的安全性設計主要包括：

——微波輻射功率密度大于10mw/cm2，應當加裝防護衰減裝置；

——磁通量大于0.1t，應當加裝防護衰減裝置；

——因為激光進入人眼的密度不能大于

5×10－6j/cm2，因此，產生激光的部位應設置明顯標志；

——x射線每周累計照射量一般不能大于5.58×10－2c/kg。

7 使用與定期維護

最后，正確使用與定期維護也是提高機電產品可靠性的重要內容。為此應當充分注意以下幾個方面。

7.1 機電產品

使用機電產品時，首先應當了解它的工作原理，其次應當嚴格遵循它的使用程序，最后應當對其進行定期維護，這樣才能提高機電產品的可靠性。

7.2 電源

移動機電產品的電源是油機和蓄電池，它們的性能好壞是整個機電產品可靠工作的前提。為此，應當對油機和蓄電池正確使用與定期維護。

7.3 電器

電器是供電系統中的重要元器件。電器觸頭的燒蝕和絕緣性能的下降，往往導致重大事故。為此，應當對電器進行定期維護。

7.4 活動連接件

在振動場合下使用的機電產品，其活動連接件易松動，特別是導電的活動連接件松動時，會導致事故的發生。為此，應當對活動連接件進行定期維護。

7.5 供電線纜

供電線纜是電能傳遞的路徑，電能的主要參數是電流和電壓。電流在供電線纜中流動時會發熱，發熱將導致供電線纜絕緣強度降低，嚴重的會引起供電線纜火災。電壓對供電線纜的絕緣形成應力，應用中的供電線纜絕緣性能在不斷下降，一旦電壓的應力超過絕緣的承受能力，會造成絕緣擊穿而發生故障。特別是位于金屬走線槽口處的線纜應當增加保護套，以防長期磨損而可能發生對地短路的故障。

篇8

【關鍵詞】：單片機; 抗干擾; 控制狀態; 冗余技術

隨著電子技術和微型計算機的迅速發展，促進了微型計算機控制技術的迅速發展和廣泛應用。中小規模的單片機控制系統在工業生產及日常生活中的智能機電一體化產品得到了廣泛的應用。在單片機控制系統的設計開發過程中，我們不單要突出設備的自動化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統的工作穩定性，否則就無法體現控制系統的優越性。

1. 系統受到干擾的主要原因和現象

由于單片機控制系統應用系統的工作環境往往是比較惡劣和復雜的，其應用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。單片機控制系統應用必須長期穩定、可靠地運行，否則將導致控制誤差加大，嚴重時會使系統失靈，甚至造成巨大的損失。

影響單片機控制系統應用的可靠、安全運行的主要因素是來自系統內部和外部的各種電氣干擾，以及系統結果設計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環境條件等。這些因素對控制系統造成的干擾后果主要表現在下述幾個方面。

（1） 數據采集誤差加大。干擾侵入單片機控制系統測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在有用信號之上，會使數據采集誤差加大，特別是當傳感器輸出弱信號時干擾更加嚴重。

（2） 控制狀態失靈。微機輸出的控制信號常依賴某些條件的狀態輸入信號和這些信號的邏輯處理結果。若這些輸入的狀態信號受到干擾，引入虛假狀態信號，將導致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。

（3） 數據受干擾發生變化。單片機控制系統中，由于RAM存儲器是可以讀/寫的，故在干擾的侵害下，RAM中的數據有可能被竄改。在單片微機系統中，程序及表格、常數存于程序存儲器中，避免了這些數據受到干擾破壞，但對于內RAM、外擴RAM中的數據都有可能受到外界干擾而變化。根據干擾竄入的途徑、受干擾數據的性質不同，系統受損壞的情況也不同．有的造成數據誤差．有的使控制失靈，有的改變程序狀態，有的改變某些部件（如定時器/計數器，串行口等）的工作狀態等。

（4） 程序運行失常。單片機控制系統中程序計數器的正常工作，是系統維持程序正常運行的關鍵所在。如果外界干擾導致計數器的值改變，破壞了程序的正常運行。由于受到干擾后計數器的值是隨機的，因而導致程序混亂。通常的情況是程序將執行一系列毫無意義的指令，最后進入"死循環"，這將使輸出嚴重混亂或系統失靈。

2. 系統可靠性設計的分析和方法

單片機控制系統應用的可靠性技術涉及到生產過程的方方面面，不僅與設計、制造、檢驗、安裝、維護有關，還與生產管理、質量監控體系、使用人員的專業水平與素質有關。這里主要是從技術角度分析提高系統可靠性的最常用方法。

導致系統運行不穩定的內部因素主要有以下三點：

（1） 元器件本身的性能與可靠性。元器件是組成系統的基本單元，其特性好壞與穩定性直接影響整系統性能與可靠性。因此，在可靠性設計當中，首要的工作是精選元器件，使其在長期穩定性、精度等級方面滿足要求。隨著微電子技術的發展，電子元器件的可靠性不斷提高，現在小功率晶體管及中小規模IC芯片的實際故障大約為10×10-9/h。這為提高系統性能與可靠性提供了很好的基礎。

（2） 系統結構設計。包括硬件電路結構和運行軟件設計。電路設計中要求元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，優化的電路設計也可以消除或削弱外部干擾對整個系統的影響，如去耦電路、平衡電路等。同時也可以采用冗余結構，也稱容錯技術或故障掩蓋技術，它是通過增加完成同一功能的并聯或備用單元〔包括硬件單元或軟件單元〕數目來提高系統可靠性的一種設計方法。當某些元器件發生故障時也不影響整個系統的運行。對于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設計，目的是提高單片機系統在電磁環境中的適應性，即能保持完成規定功能的能力。常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術、去耦電路、屏蔽技術、接地技術等。

軟件是微機系統區別于其它通用電子設備的獨到之處，通過合理編制軟件可以進一步提高系統運行的可靠性。常用的軟件措施主要有：一是信息冗余技術，對單片機控制系統應用而言，保持信號信息和重要數據是提高可靠性的主要方面。為防止系統故障等原因而丟失信息，常將重要數據或文件多重化，復制一份或多份"拷貝"，并存于不同空間，一旦某一區間或某一備份被破壞，則自動從其它部分重新復制，使信息得以恢復。二是時間冗余技術，為提高單片機控制系統應用的可靠性，可采用重復執行某一操作或某一程序，并將執行結果與前一次結果進行比較對照來確認系統工作是否正常。只有當兩次結果相同時，才被認可，并進行下一步操作。

若兩次結果不相同，可再次重復執行一次，當第三次結果與前兩次之中的一次相同時，則認為另一結果是偶然故障引起的，應剔除。若三次結果均不相同，則初步判定為硬件永久性故障，需進一步檢查。這種辦法是用時間為代價來換取可靠性，稱為時間冗余技術，也稱為重復檢測技術。三是故障自動檢測與診斷技術，對于復雜系統，為了保證能及時檢測出有故障裝置或單元模塊，以便及時把有用單元替換上去，就需要對系統進行在線測試與診斷。這樣做的目的有兩個：一是為了判定動作或功能的正常性；二是為了及時指出故障部位，縮短維修時間。四是軟件可靠性技術：單片機控制系統運行軟件是系統要實行的各項功能的具體反映。軟件的可靠性主要標志是軟件是否真實而準確地描述了要實現的各種功能。因此對生產工藝過程的了解程度直接關系到軟件的編寫質量。提高軟件可靠性的前提條件是設計人員對生產工藝過程的深入了解，并且使軟件易讀、易測和易修改。五是失效保險技術：有些重要系統，一但發生故障時希望整個系統應處于安全或保險狀態。此外，還有常見的數字濾波、程序運行監視及故障自動恢復技術等。

（3） 安裝與調試。元器件與整個系統的安裝與調試，是保證系統運行與可靠性的重要措施。盡管元器件選擇嚴格，系統整體設計合理，但安裝工藝粗糙，調試不嚴格，仍然達不到預期的效果。

導致系統運行不穩定的外因是指單片機控制系統所處工作環境中的外部設備或空間條件導致系統運行的不可靠因素，主要包括以下幾點：一是外部電氣條件，如電源電壓的穩定性、強電場與磁場等的影響；二是外部空間條件，如溫度、濕度，空氣清潔度等；三是外部機械條件，如振動、沖擊等。

為保證系統可靠工作，必須創造一個良好的外部環境。例如：采取屏蔽措施、遠離產生強電場干擾的設備；加強通風以降低環境溫度；安裝緊固以防振動等。

元器件的選擇是根本，合理安裝調試是基礎，系統設計是手段，外部環境是保證，這是可靠性設計遵循的基本準則，并貫穿于系統設計、安裝、調試、運行的全過程。為實現這些準則，必須采取相應的硬件或軟件方面的措施，這是可靠性設計的根本任務。

中小規模的單片機控制系統在開發過程中，結合實際應用中的工作環境，采用以上的系統抗干擾優化設計的措施與方法，基本能有效地提高單片機系統的工作穩定性，充分地體現單片機控制系統在不增加控制成本的情況提高機電設備的自動化性能與智能性的優越所在。

參考文獻

[1] 胡連柱， 姜寶山. 簡析單片機軟硬件的抗干擾設計技術， 安徽電子信息職業技術學院學報， 2005，01.

[2] 徐明龍， 王赤虎. 利用單片機實現的模擬信號和數字信號單線混合傳輸， 電子設計應用， 2004， 1.

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蒙特卡羅方法是容查分析方法的一種,被大量應用于電路防真分析。蒙特卡羅方法的本質思想是假定所研究問題是若干已知概率分布的隨機變量的函數,并據此建立一個數學模型;對隨機變量進行反復抽樣,并根據模型計算每次抽樣下的相關統計量,當抽樣足夠大的時候,統計量的平均值可作為問題的近似解,而解的可能覆蓋范圍可用統計量的標準偏差來計算。

關鍵詞:電源可靠性容差分析仿真

容差分析實例:

以下以一車載電源為例,展開蒙特卡羅分析,蒙特卡羅分析是容差分析的一種具體方法。

如圖是由LM317等構成的充電器電路。它是采用LM317的恒流充電電路,其輸入電壓Ui為+17～+30V,輸出電壓U。最大為13.8V,電流為1A。輸出電壓與被充電電池的充電終止電壓一致,由分壓電阻R1和R2進行設定。用R6檢測輸出電流,再通過Q1和Q2自動調整LM317使其輸出電壓與電池端子電壓一致,輸出約0.35A的恒定電流。R6阻值可按下式確定,即R6=UBE/1A=0.7V/0.35A≈2Ω,電路中選用2Ω。

對于電源電路,輸出電壓的穩定值是電路設計最為關心的指標。輸出電壓的穩定值由R1和R2電阻所決定,因此對R1和R2兩個參數進行分析,他們實際電路取值為240Ω和1.9KΩ,選擇電阻精度為1%,輸出電壓要求為5.0V +/-0.2。如果電阻R1和R2公差精度等級由1%放寬到5%,輸出電壓要求仍然為5.0V +/-0.2。

根據傳統電路設計經驗,無法對電路參數和穩定性之間的影響做定量的分析,因此工程師一般就采用低公差高穩定性的高成本元器件,雖然對性能沒有影響,穩定性也有所保證,但是元器件成本較高,這樣做勢必造成產品成本提高,制造困難。

蒙特卡羅分析利用一種統計分析方法,分析電路元件的參數在一定數值范圍內在按照指定的誤差分布變化時對電路特性的影響。對電路進行蒙特卡羅分析時,一般要進行多次仿真分析。首先按電路元件標稱值進行仿真,然后在電路元件參數標稱值基礎上加減一個δ值進行仿真分析,所去的值取決于所選擇的δ概率分布類型。

蒙特卡羅參數仿真器參數設置主要有以下幾個部分:

1、蒙特卡羅分析次數。最小值必須大于等于2

2、模型參數公差設置。即選擇公差范圍百分比

3、輸出節點選擇

Multisim 軟件在蒙特卡羅性能參數設置:電阻R1和R2為電路中需要進行蒙特卡羅仿真的雙參數,電阻值分別為240Ω和1.9KΩ。本例僅以選擇電阻精度等級角度(精度等級由1%放寬到5%)來說明Multisim 仿真方法在定量進行容差分析中的蒙特卡羅分析中的應用。蒙特卡羅分析精度與仿真次數(抽樣次數)直接相關,抽樣次數直接在“分析參數”中按照需要設定。假設本例中30次已經能夠滿足統計精度要求,則在運行次數中設定30次.在對該電路仿真前同時按照要求設定公差,此例中電阻R1和R2公差設置為5%。

輸出波形是仿真后得到的30條輸出電壓響應曲線,如圖(Car Power Supplier Monte Carlo Analysis)所示。

根據圖示蒙特卡羅分析,可以得出:基于Multisim仿真方法,對電路參數進行定量分析,證明該電路電阻R1和R2公差精度等級由1%放寬到5%完全能夠滿足系統工作的要求。

結論:

容差分析作為電路系統可靠性設計與分析的一個重要環節,提供了同時研究多個變量對一個輸出變量的效應的方法。這些實驗有一系列運行或檢驗組成,其中對輸入變量進行有目的更改,并在每次運行后收集數據。特別是在開發階段通過防真軟件(Saber, Multisim)的容差分析技術和方法的應用研究,可以實現在電路設計階段中對元器件公差選擇和最終電路的輸出特性分布做出預測,并得到批量生產時產品的系統性能可靠性以及電路參數變化對系統性能的影響,由此為電路可靠性設計和研究提供了一種有效的方法。

參考文獻:

[1]熊偉、侯傳教、梁青、孟濤. 電路設計及仿真應用. 清華大學出版社.

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隨著科學技術的不斷發展，人們的生活變得越來越便利。現下一些電子產品逐漸融入了人們的生活中，那么我們在進行電子產品設計的時候就需要進行一定的可行性分析，以及生產過程中的可靠行設計。換言之，可靠性設計就是在生產前期進行測試，通過實驗，總結出這件產品的質量和可能遇到的問題?？傊?，任何一件電子產品的生產過程都要有可靠性設計以及可靠性測試的過程。鑒于此，本文是對電子產品的可靠性測試進行了分析，僅供參考。

【關鍵詞】電子產品 可靠性設計 測試

隨著我國經濟的快速發展，人們生活舒適度逐漸提高，電子產品逐漸成為人們日常生活中的重要產品。電子產品種類逐漸增多，功能更加實用化，普通大眾已經對電子產品具有一定的依賴性，電子產品使用率逐漸提升。人們對電子產品的使用性能要求不斷提高，這就要求電子產品可靠性必須要提升。在未來電子產品的可靠性工作也會越來越重要。

1 電子產品可靠性設計概述

1.1 電子產品可靠性定義

電子產品的可靠性就是指電子產品在固定的時間以及環境下，能否達到設計之初的目標以及設計的要求，它是檢驗電子產品是否合格的一個標準，更是評估一件產品的可靠性水平的固定值。我們在進行可靠性測試的時候，就需要對電子產品的壽命以及重要零件的進行試驗，通過實驗的到的數據對電子產品的可靠性進行檢測和對比，這樣我們就能夠對電子產品進行對比，根據數據反應的問題進行改進，打造出符合時展以及市場需要的產品?？煽啃栽囼灨軌蚴寡邪l者了解生產出來的產品與設計之初的差距，使其存在的差距進行不斷的縮小。

1.2 電子產品可靠性技術指標

電子產品的可靠性我們可以使其以數學中的函數表達出來，換言之，可靠性就是電子產品的使用能力與時間變化或環境變化之間的對比。就目前而言我們在進行可靠性測試的時候大多數是以產品的使用壽命、失敗率等等一系列數據進行分析，然后通過專門的方法和儀器進行對比，這樣我們就能夠在產品大批量生產之前對產品進行全方位綜合性的評價。總的來說，可靠性測試就是我們進行產品升級和研發的重要指標。

1.3 電子產品可靠性設計注意問題

（1）選擇固定的電路或者具有一定標準的使用結構；

（2）在試驗的時候，要著重簡化路和相關產品的結構；

（3）在進行相關試驗和技術檢測的時候，應該在以往的試驗中繼承其優點；

（4）在分析試驗數據的時候，站在全局的觀念以及在多方面進行考慮；

（5）我們在試驗的過程中，要采用最新的檢測技術還有，我們需要不斷的創新，改進試驗的技術。

2 電子產品可靠性測試

可靠性測試是通過我們在一定的條件下以及固定的環境下，使用專門的試驗方法對相關的數據進行試驗，通過試驗得到的數據進行相關產品的性能評估。通過可靠性測試，我們能夠得出相關的產品信息以及在日后大批量生產的時候提供有用的數據和信息。還有我們能夠通過測試了解相關產品的漏洞，還有就是知曉其存在的問題。最后，我們能夠其存在的優缺點進行優點放大和缺點規避。我們針對此類問題的解決方法有如下三種：

2.1 “測試――問題記錄――再測試”模式

這種當時較為常見，就是這件產品經過研究和生產出來，直接進行測試，然后在測試的時候發現問題，把相關的問題進行一定的記錄，然后進行一次性的試驗，最后總結發現的問題，進行一次性的修復。把相關的問題解決后在進行測試。

2.2 “測試――改進――再測試”模式

這種相比第一種方法就比較復雜和麻煩，但是這種方法最有效。我們將生產出來的產品記性試驗，當第一次發現問題的時候，就停止試驗解決相關的問題，然后在進行試驗，在整個試驗的過程中我們分析發生問題的原因，然后根據相關問題進行解決。增長產品的可靠性，這種方法具有一定的局限性，只適用于發生問題較少的情況。當然，解決問題的效率也比較大。

2.3 “含延緩改進的測試――改進――再測試”模式

此方法是集一、二之長處，也就是說在試驗的時候更夠，總結其中的問題以及對產生問題的原因進行分析，在集中改進問題的時候，能夠有針對性的解決問題，既提高產品的質量，有提高了產品的可靠性。此類方法能夠使這些優點進行集中。

我們在記性可靠性試驗的時候大多數是通過上述的三種方法進行試驗，通過測試能夠增強我們產品的質量，也提高了電子產品的可靠性。我們在進行標準的試驗后，還需要進行多方位的試驗。下面我們就對類似相關的試驗記性了分析和改進。

（1）依據不同的目的。我們在進行相關產品研究的時候，應該本著破壞小的試驗先進行，把破壞性嚴重的放到后期。還有我們不斷的改進試驗方法，不斷的縮短試驗的時間，我們應該在最快的情況下得到相關的數據，最初的數據不能夠符合測試結果，就需要我們放棄后續的試驗工作，這樣能夠有效的節約試驗的成本。

（2）依據實際遇到的環境因素。我們在試驗的時候，要模擬出電子產品遇到的多種因素，更要充分表現出更加真實的環境。我們應該確保這件產品的試驗過程更加真實。

（3）依據能對產品產生的最大影響。這個就是對產品試驗的過程進行研究，我們應該充分的研究這個過程中的每種因素。舉個例子，當我們進行防水試驗的時候，會在產品內滯留一些濕氣，當進行低溫測試的時候，潮濕的水汽遇冷就會凝結成水，對產品造成了巨大的影響。所以造成的危害就會加劇。

3 可靠性的改進

可靠性就是產品的相關的質量，可靠性的試驗就顯得十分重要，我們需要在試驗的過程總不斷的進行相關的改進工作，通過試驗，我們能夠發現產品中存在的問題，我們為了是產品的質量符合市場的需要沒就需要對相關的質量進行改進，其次我們可以通過可靠性的試驗，總結相關的問題和相類似的原因，我們能夠通過對產生相關問題的原因進行改造。我們就可以依據試驗的結果進行產品相關的質量提升。

4 結束語

隨著電子產品越來越廣泛的應用到社會各個領域，其使用條件變得越來越嚴酷，電子產品的可靠性測試在其產品質量的提高上發揮了重要的作用，隨著人們對電子產品性能要求的逐漸提高，電子產品必須要經過嚴格的可靠性測試，避免后續出現各類故障，降低故障發生率，提升產品可靠性。

參考文獻

[1]郭祥輝.電子封裝結構超聲顯微檢測與熱疲勞損傷評估[D].北京：北京理工大學，2015.

[2]強楷雯.軍工電子產品有鉛無鉛混裝工藝的可靠性研究[D].吉林：北華航天工業學院，2015.

[3]臧甲杰.基于Vague集思想的電子產品可靠性評價[J].數學的實踐與認識，2015（04）：221-226.

[4]王佐.電子產品在焊接過程中的可靠性探究[J].電子測試，2015（04）：128-130.