硬件系統的可靠性設計畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 容的結構和所用的介質決定的，而不是電容量。這時，反相器的上、下兩個場效應管均會導通，使電路功耗大大增加。通常要求復位信號有足夠的寬度以保證處理器或其它電路得到可靠復位（短暫的復位信號或干擾不會造成處理器復位，但會引起處理器內部某些寄存器錯誤復位）。注意，該電路中的集成電路要使用施密特觸發器，否則達不到預期效果。 由于時鐘信號的占空比要求，對時鐘信號的驅動需要認真考慮。而使用普通邏輯器件作為時鐘驅動來使用存在傳輸時延變化大、各輸出間相位差大等缺點。n 點到點傳輸方式：下面是是一個關于終端匹配類型、負載電容、線長對線路延時影響的例子：測試條件： ns，傳輸線阻抗為75Ω，傳輸線延遲為180 ps/inch (FR4 stripline at 25176。如果不考慮此影響的話，其設計同點到點的信號設計。這些因素包括：輸出是高電平還是低電平、電源電壓、不同批次生產的芯片間、不同廠家的芯片、不同的溫度條件下等等。但鏈狀拓撲結構不適合使用源端串聯匹配法，源端串聯匹配法要求所有的負載必須接到傳輸線的末端，否則，接到傳輸線中間的負載得到輸入信號是有臺階的信號，信號在此時處于連接不定狀態，信號的噪聲容限很低。這是因為兩個電阻的并聯值等于傳輸線的特征阻抗，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大。6 PCB設計 布線阻抗受控信號線是信號在電路板上傳輸良好媒介，良好的匹配將確保信號的抗干擾性能。如果分支線長度較長，分支線就成為一條條的傳輸線，并產生反射，此時可采用b）的布線方式，并在兩條線的終端匹配。 接地和電源的圖形盡可能要與數據的流動方向平行，這可有效抑制噪聲；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設計在多層印制線路板的內層，信號線設計在內層和外層。 高溫高濕測試（濕熱貯存、濕熱循環）；216。 淋雨測試；216。 傳導抗擾性：216。 單片機應用系統抗干擾設計――216。 阻抗匹配的研究――2003－9－23 上海泰齊科技網9 附錄series 63。 壽命測試；某一器件中活動部件的活動次數；某一配件（如電視的搖控器）的使用壽命；兩個器件撥插聯結的撥插次數；216。 浪涌抗擾性測試；216。 冷啟動測試；216。 低溫測試（低溫運行、低溫貯存）；216。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓；216。216。在星型連接時可有條件的采用源端串聯匹配（見附錄文件series ）的方法； 差分信號一般采用終端匹配。比如傳輸線的特征阻抗為50Ω，則并聯電阻（假設對地連接）也為50Ω，為保證接收器的輸入高電平在2V以上（TTL），要求驅動器的高電平電流輸出能力達40mA以上。%～%之間。選取的原則是：串聯電阻與驅動器的輸出阻抗之和等于傳輸線的特征阻抗。n 點到多點方式：我們平時用的最多的控制類信號地分配形式是相同負載、不同線路長度的點到點方式和點到多點方式。信號的傳輸方式主要有點到點的傳輸方式和點到多點的傳輸方式。 在需要多路時鐘信號的系統中或需要對時鐘進行多級傳輸的系統中采用專用的時鐘驅動器件是比較好的選擇。時鐘信號從時鐘源出發、經過驅動、線路傳輸，最后到達負載端的時候，很難保持其在時鐘源時的模樣。這種情況在系統關電并立即重新開電的情況下也會發生。n 焊接工具應接地。其一是輸入引腳不能懸空，如果輸入引腳懸空，在輸入引腳上很容易積累電荷。這樣，實際的電容就是一個串聯諧振電路，其諧振頻率為：實際的電容在低于Fr的頻率呈現容性，而在高于Fr的頻率上則呈現感性，所以電容更象是一個帶阻濾波器。216。圖中的R4正是為了限制此尖峰電流而設計。 尖峰電流的形成數字電路輸出高電平時從電源拉出的電流Ioh和低電平輸出時灌入的電流Iol的大小一般是不同的，即：Iol＞Ioh。當驅動器翻轉時，它改變流經電阻的電流方向，因此產生有效的邏輯″1″和邏輯″0″狀態。n 降低輸入阻抗如下圖所示，當驅動器輸出低電平時，A點對地阻抗很低；當驅動器輸出高電平時，B點對地阻抗也很低。即阻抗不匹配是造成信號在傳輸線上反射的原因。例如：設一器件的tr為10ns,則當其驅動的信號線長度大于50cm時就需要當長線傳輸來對待；而對一個tr為1ns的器件,則當其驅動的信號線長度大于5cm時就需要當長線傳輸來對待。系統中往往是多種系列器件混合使用，故應以TTL系列器件對應的lmax為準。使用PTC的另一個優點是可重復性，當過流條件不存在后，PTC的溫度下降，阻值回到常態，不影響其正常使用。所以在系統及電路板設計時應盡量滿足以下要求：電路板在熱插拔時必須保證地端子首先連接，這是電路板正常工作的基礎。普通熱插拔電路由電容、齊納管和FET 構成，如下圖所示。 熱插拔設計216。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。n D3用于保護CMOS電路在放電時的干擾。OC門的最大特點是具有線與功能。用74LS驅動74HC時加上拉電阻是一種選擇。但74HCT系列器件可以。雖然器件地輸入管腳都有保護電路，靜電電壓一般不會損壞器件，但很容易使輸入管腳電位處于0到1之間地過渡區域，使得反相器上、下兩個場效應管均導通，使電路功耗增加，甚至損壞。 集成電路在用集成電路進行設計時，主要考慮集成電路的噪聲容限、電平、傳輸延遲時間、上升、下降時間、扇出能力等。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩定性。n 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，會將管子擊穿，失去單向導電能力。 二極管的種類n 按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。因此，漏電電阻越大越好。20%+50/20%+100/10% (容量單位uF)216。20%+20% 30%+50%20%+100%10%n 標稱值：電容類別允許誤差容量范圍標 稱 容 量 系 列紙介電容、金屬化紙介電容、紙膜復合介質電容、低頻（有極性）有機薄膜介質電容177。 一般選取電阻的額定功率為上式計算值的2～5倍；碳膜電阻和高阻值金屬膜電阻承受脈沖負載能力較差，所以它們的額定功率應在平均功率的5倍以上。 電阻的噪聲與頻率特性電阻通電后，都出現不同程度的噪聲電壓，兩個引出端上電位呈現不規則的起伏，這就是電阻的噪聲，電阻的噪聲包括熱噪聲和電流噪聲。n 線繞電位器：用電阻絲在環狀骨架上繞制成。在電阻上用色環表示它的阻值。 在保證可靠性的條件下，盡量選用廉價的元器件，以降低成本 電阻216。 振動、沖擊影響：機械振動與沖擊會使一些內部有缺陷的元件加速失效，造成災難性故障，機械振動還會使焊點、壓線點發生松動，導致接觸不良；若振動導致導線不應有的碰連，會產生一些意象不到的后果。 濕度過高也是引起漏電耦合的主要原因。利用這一特性，可將其用在電路板的過流保護電路中，當由于某種故障造成通過它的電流增加到其閥值電流后，PTC的溫度急劇升高，同時，其電阻值變大，限制通過它的電流，達到對電路的保護。這將造成晶體管放大器的工作點發生漂移、晶體管電流放大系數發生變化、特性曲線發生變化，動態范圍變小。如器件因壓焊不牢造成開路，或因灰塵微粒使器件管腳短路，電容器因電解質擊穿造成短路等。由于失效原因多屬偶然，故又稱為偶然失效期。產品投入使用的前期，失效率較高其失效率曲線下降很快。（3）對A部份而言，評分系數為3456/7476＝；B的評分系數為1680/7476＝；；；淺紫色部份。 重要程度對重要的單元，該單元失效將產生嚴重的后果，或該單元失效常會導致全系統失效，則應分配給較高的可靠度。因此，會采用濾波（將不需要的信號去除）的方式來彌補不足，主要通過濾波電路來實現。屏蔽。在硬件單板設計時，首先應該明確區分易發熱器件和溫度敏感器件（即隨著溫度的變化器件容易發生特性漂移、變形、流液、老化等），布PCB板時要對易發熱器件采取散熱措施，溫度敏感器件要與易發熱器件和散熱器隔開合適的距離，必要時要從系統的角度考慮采取補償措施。抗電磁干擾的硬件措施主要有濾波技術、去耦電路、屏蔽技術、接地技術等；軟件措施主要有數字濾波、軟件冗余、程序運行監視及故障自動恢復技術等。如交換機系統中的處理機系統、時鐘系統等就是采用的硬件冗余結構。 冗余設計冗余技術也稱為容錯技術或故障掩蓋技術，它是通過增加完成同一功能地并聯或備用單元（包括硬件單元或軟件單元）數目來提高系統可靠性地一種設計方法。老化后淘汰那些功耗偏大、性能指標明顯變化或不穩定的元器件。降低電子元器件的故障率是由其生產廠家來保證的。R1（t）R2（t）Rn（t）圖xxx 并聯結構模型若系統中有n個部件，構成并聯結構，則系統的可靠度為：i＝1，2，…，n系統的平均無故障時間為：下圖是n個相同單元并聯構成的系統的可靠度與每個單元的可靠度間的關系曲線，由此可知，隨著并聯單元數的增加，系統的可靠度隨之增大。對于串聯結構模型的系統，系統的失效率為各功能器件（部件）失效率的代數和。一方面需要知道組成系統的基本元器件或部件在相應使用條件下的可靠性，另一方面還要知道這些基本元器件、部件的可靠性和由其構成的系統的可靠性的關系。 如果用隨機變量T表示產品從開始工作到發生失效或故障的時間，其概率密度為f（t）如上圖所示，若用t表示某一指定時刻，則該產品在該時刻的可靠度對于不可修復的產品，可靠度的觀測值是指直到規定的時間區間終了為止，能完成規定功能的產品數與在該區間開始時投入工作產品數之比，即式中:N——開始投入工作產品數Na（t）——到t時刻完成規定功能產品數，即殘存數Nf（t）——到t時刻未完成規定功能產品數，即失效數。在這一時期內，它們的故障是隨機均勻分布的，故故障率為一常數。可靠性又是一個統計的概念，表示在某一時間內產品或系統穩定正常完成預定功能指標的概率。硬件系統的可靠性設計畢業論文1 可靠性概念系統的可靠性是由多種因素決定的，影響系統可靠、安全運行的主要因素來自于系統內部和外部的各種電氣干擾，以及系統結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環境條件等。 系統運行不穩定可靠性是描述系統長期穩定、正常運行能力的一個通用概念，也是產品質量在時間方面的特征表示。這是因為經過老化篩選后的電子元器件、集成電路芯片已進入偶發故障期。可靠性特征量R(t)F(t)f(t)λ(t)R(t)(可靠度)1F(t)F(t)(累積失效率)1R(t)f(t)(概率密度)λ(t)(失效率)2 可靠性模型一個復雜的系統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高可靠性的系統對產品設計是很有意義的。在圖xxx中，雖然是LC并聯諧振電路，但其可靠性結構框圖卻是串聯的，因為任何一個環節發生故障，則整個電路將不發生諧振。例如，為SP30交換機機框中各電路板提供電源的二次電源系統，兩個電源模塊的工作形式為輸出并聯方式，其中任何一個電源模塊都有為整個機框提供所需電流的能力，其電源的可靠性模型即為并聯結構。3 可靠性設計方法 元器件元件、器件是構成系統的基本部件，元器件的性能與可靠性是系統整體性能與可靠性的基礎。老化時所施加的電氣應力（電壓或電流等）應等于或略高于額定值，常選取額定值的110％～120％。對于涉及到頻率特性的器件的降額要謹慎處理。在電路級、功能單元級、部件級和系統級都可以采用硬件冗余結構。電磁兼容性設計的目的是使系統既不受外部電磁干擾的影響，也不對其它電子設備產生電磁干擾。一般說來，元器件工作時的溫度上升與環境溫度沒有關系，而民用級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并有相當的冗余度，設備內部及元器件的溫升設計指標定在15℃左右比較合適。對內部的電路來說，如果需要與金屬外殼相連時，必須采用單點接地的方式，防止放電電流流過這個電路，造成傷害。實際工作中，無法完全做好接地與屏蔽的工作。216。系統要求的MTBF為500h，由A/B/C/D四個部件組成，各部件評分如下表：部件復雜度技術成熟度重要度環境條件各部件評分各部件評分系數Ci分配給各部件的故障率分配給各部件的MTBFA89683456B576816802225C5665900D66851440合計74761500說明:（1）對四個部件（A/B/C/D）按四種因素評分后，填入上表（蘭色字跡部份）；（2）對A部份而言，最后評分為8*9*6*8＝3456；B的評分為5*7*6*8＝1680；同理C的評分為900、D的評分為1440；最后四部分總分為：7476；紫紅色字跡部份。早期失效期：失效率曲線為遞減型。失效原因主要是由非預期的過載、誤操作、意外的天災以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。n 突然失效：元件參數急劇變化，或因元件制造工藝不良，環境條件變化導致斷路或開路所造成。n 溫度變化對半導體器件的影響：構成雙極型半導體器件的基本單元PN結對溫度的變化很敏感，當PN結反向偏置時，由少數載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響，其關系為：式中：ICQ―――溫度T0C時的反向漏電流 ICQR――溫度TR℃ 時的反向漏電流T－TR――溫度變化的絕對值由上式可以看出，溫度每升高10℃，ICQ將增加一倍。 對于PTC，當其溫度升高到某一閥值時，其電阻值會急劇增大。 濕度影響：濕度過高，當