电路的可靠性设计

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电路的可靠性设计范文第1篇

【关键词】电子设备；可靠性；降额设计；热设计；潜电路

1.引言

要使电子设备具有预期的可靠性，就必须使所有的相关人员了解可靠性知识，有意识地共同做好可靠性工作。本文基于这一方向，进行了电子设备的可靠性设计技术分析。

2.电子设备的可靠性设计技术

2.1 电子设备可靠性预计

电子元器件寿命服从指数分布是其设备的一个最大特点，也就是故障率是常数。因此，它的可靠性指标可以通过公式进行预测。构成电子设备的元器件都具备较高的标准化，包括：电阻、电容、二/三极管以及集成电路等，而目前已经积累了很多标准元器件方面的试验与统计数据，现有的预计标准与手册是比较成熟的。国家军用标准GJB/Z 299A-91《电子设备可靠性预计手册》适用于国产电子元器件的预计，而美国军标MIL-HDBK-217E《电子设备可靠性预计》则适用于进口电子元器件的预计。

2.2 电子元器件的选择与控制

要是系统的可靠性得到保障，元器件规格种类与保障费用减少，最有效的一个措施就是对电子元器件的选择与控制。

企业在选择与控制电子设备元器件时应根据可靠性要求采取相应的措施，通常需要注意的是：

（1）建立元器件采用的控制机制；

（2）针对元器件控制制定相应的方案，控制所有元器件的使用，编制元器件选择清单；

（3）在选用转承制方的元器件时要进行相应的控制；

（4）必要时进行相应的应力筛选。筛选方法参考本文第六节。

2.3 电子元器件的降额设计

降额设计的目的是使电子元器件的工作应力比所规定的额定值低，以使基本故障率降低，从而保证系统的可靠性。电应力与温度应力对其故障率的影响较为明显，所以，在电子产品的可靠性设计中，使用最多的一个方法就是降额设计。

所有的电子元器件都有最适宜的降额范围。这个时候，它的失效率由于工作应力的变化而受到的影响是最大的，也便于设计，同时，设备的重量与体积以及成本等都相对较小。

在电子元器件最适宜的降额范围内，其降额等级可分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，降额等级中最大的是Ⅰ级降额，其次是Ⅱ级，最小的是Ⅲ级。如果所发生的故障会对整个系统的安全造成威胁并会导致严重的后果，则要采用Ⅰ级降额；而所需成本与可靠性增长效果最大就是Ⅲ级降额。

2.4 电子元器件的热设计

热设计的基本任务是：在满足性能要求的基础上使设备内部尽量少产生热量与热阻，选择恰当的冷却方式。

热设计的基本步骤：

（1）第一步要明确设备的损耗、发热量、设备规格与所处环境等多个设计条件；

（2）确定设备的冷却方式，并对满足原始条件与否进行检查；

（3）对相关构件进行热设计，如：元件、线路、印制电路板以及机箱；

（4）检查要遵照热设计检查表，对于是否满足设计要求进行确定。

2.5 电子元器件的冗余设计

冗余指的是系统中有一种以上的手段来执行同类指定功能的能力。进行冗余设置有助于系统可靠性的提高，但系统却同时会变得更加的复杂性，重量与体积也会更大。有一种观点是：当采取了相应的方法之后，如简化设计、降额设计等，还是满足不了系统的可靠性要求，再选择冗余。另一种观点是：当预算与进度都不是很宽裕的时候，可选择较为成熟的冗余技术，这样可以更好的提高系统的可靠性。所以，要根据具体的场合来决定是否使用冗余。

并不是任何场合都适合采用冗余的，通常使用效果比较好的是在层次较低以及较为关键的环节。不能忽视的一点是，采用部分冗余技术需要加强对故障的检测，以及增设其通道切换装置，只有当其失效率比受控部分小的多的时候，冗余技术的优势才能得到体现。

冗余设计的主要任务：冗余等级、类型、配置方案以及管理方案的确定。

2.6 电子元器件的电磁兼容设计

系统的电磁兼容性指的是系统中各电气及电子系统、分系统、仪器设备以及元件等，在执行任务过程中所遇到的所有电磁环境中，不降低性能、参数在允许的范围内，还可以进行有效有序地工作的性能。

电磁干扰主要来自于功能干扰源、非功能干扰源以自然干扰源这三类。根据传播途径可将其分为传导干扰源与辐射干扰源两类；根据频带则可将其分为窄频带干扰与宽频带干扰两类。

为了使系统具备电磁兼容性，那么在总体设计过程中就要使以下几个问题得到良好的解决：频率与频谱、信号电平以及阻抗的选择；恰当的布置仪器与电路。在设计电磁兼容中的许多环节需要采取相应的措施，如：接地、屏蔽、滤波、仪器电路与结构设计以及防静电等。电磁兼容性的测试与验证也是最后一个必不可少的环节。

2.7 电子元器件的潜电路分析

我们所说的潜电路就是在一定的条件下，电路中产生并非我们所期望的通路。它对系统的正常功能有抑制作用。对潜电路进行分析是为了找出影响正常功能的潜电路，以帮助我们对现有设计进行相应的改进。

如果要找出潜电路，首先要将存在于电路中的所有通路罗列出来。为了简化这项工作，可将无关紧要的路径略去，但连通电源与接地总线通路是不能略去的。由于这项工作量非常大，通常是需要用到计算机，因此，可基于这一点形成网络树。该网络树必须将各电源放置在各个网络树的最上端，大地是底部，同时，根据电流由上往下的规则对电路进行排列。通过网络树可对存在的潜电路进行确定。

在分析潜电路过程中，环境变化通常被认为是没有影响的，部分硬件故障所引起的潜电路也无需识别。此过程中的元件自身的可靠性并不重要，重要的是系统各个元件之间的关系与影响。而此过程中，采用系统级与功能级图并没有详细的生产图与安装图的效果好。

3.小结

在可靠性设计中，首要问题是精选元器件，使之满足长期稳定运行精度的要求。元器件的可靠性包括元器件的失效特性、失效机理，抗干扰性能，文中的分析显然对该领域有借鉴价值。

参考文献

[1]周长林，常青美，左秀彦，周琪.电子设备可靠性预测与设计[J].继电器，2005（14）：92-95.

[2]车永明.现代电子设备的可靠性设计技术[J].电子产品可靠性与环境试验，2003（06）：24-29.

[3]何晓薇.影响综合化航空电子设备可靠性的因素及修正方法[J].航空维修与工程，2006（04）：44-46.

电路的可靠性设计范文第2篇

详细分析了PCB/PCBA的可制造性以及可靠性设计中存在的问题，最后提出了实现PCB/PCBA的可制造性以及可靠性设计的有效举措。

关键词 PCB/PCBA；可制造性；可靠性；设计；举措

中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0210-01

PCB/PCBA的可制造性和可靠性设计的提出有效的提高了电路工业设计的工艺水平，然而由于对PCB/PCBA的可制造性和可靠性设计的研究还缺少相对比较成熟的理论，所以在PCB/PCBA的可制造性和可靠性设计中还存在一些人为因素和技术上的问题，剖析问题的成因，提出有效的实现PCB/PCBA可制造性和可靠性设计的改进举措具有非常重要的意义。

1 PCB/PCBA的概念

所谓的PCB/PCBA即印制电路板是在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路，印制元件或有两者组合而成的导电图形后制成的板。它作为元器件的支撑，并且提供系统电路工作所需要的电气连接，是实现电子产品小型化、轻量化、装配机械化和自动化的重要基础部件，在电子工业中有广泛应用。

2 PCB/PCBA的可制造性以及可靠性设计中存在的问题

2.1 钻孔问题

工厂进行孔加工时，通过机械作业，工程部提供各种参数配置，在一块覆铜板上，按照工程部提供的钻孔参数图进行各种孔的加工。实际上，在一块PCB板上，孔径不会完全一样，因为有的孔是作为镀通孔，而有的孔不需要镀铜，这就导致了孔径的大小的不同。同时PCB板上的孔都是毫米级的单位，这就对机器有了很高的精度要求。

尽管如此，由于线路过于密集，孔与孔之间距离过近等原因，孔钻偏这一现象屡屡发生，而且一直占据着不良项目的最大比重。正如前文所描述的设计原则，孔到线的距离以及孔与孔之间的距离有一个最佳的推荐范围，这值得设计者们关注并且在平时的设计里考虑进去。同时，焊盘的大小对这一问题也有一定影响，例如说，焊盘设计得较为宽大，那么即便是孔稍微钻偏一点，也不影响PCB板的可靠性。当然，焊盘的设计更要考虑到整体板面的布局，不能因为这个原因而使得布线超过了密度所允许的范围，而引起了另外的问题，以至于对PCB板的可靠性造成了同等的或者更大的影响。

2.2 沉铜问题

沉铜是PCB工序中一个非常重要的部分，在PCB生产中，双面板以及多层板是生产最多的板型，而沉铜这一工序就显得十分重要，他使得不同层次的板面连接起来，形成一个整体，因此，沉铜的成功率决定了PCB板生产的成品率的高低。

在前文已经介绍了，沉铜主要是通过化学反应让板面的铜箔加厚，让孔壁上留下一层薄薄的铜，以方便后面的电镀工序。由于孔壁中需要镀铜，这就决定了实际的孔径大小与设计时的孔径大小是不一样的。而沉铜是通过化学反应来完成的，我们只能通过一些参数，比如问题，溶液浓度等，来控制沉铜的程度与进度，因此，这个精度就把握不是非常的精确，这就要求设计时，设计者们要充分考虑到这一工序客观上存在的困难，来设计PCB的布线图，从而使得加工出来的板的可靠性能达到最大可能范围。

另外，因为PCB工厂的生产是规模化的，而不是个体化，这就决定了生产过程中，工人不可能将每一块正在生产加工的PCB照顾到，因此，这就更加要求设计者们要充分考虑加工中的客观困难。

2.3 工程资料问题

一般工厂在接到客户的订单以及布线图后，需要将其转化成能够用于生产的各种图纸，而随着科技的发展，PCB的布线密度也越来越高，越来越精密，这对于工程师来说是一种考验。

作为工程部的工程师，他们需要将原布线图还原成几份不同的资料，尤其是钻孔图，在设计中，孔是有不同的分类的，在多层板中，还有盲孔的分布，以及孔需不需要镀铜的要求。为了提高PCB生产过程中的可靠性与成品率，就必须要求设计者们将各个层面划分清晰，各种孔类标识清楚，布线规范合理，严格按照设计规范要求来操作，使各个设计参数达到标准。

2.4 蚀刻问题

同样在前面提到过，蚀刻后的铜线路不是一个标准的长方体，这就要求了设计者在考虑通过线路电流强度的范围时，要将其当成一个梯形的横截面来看，也因为这个原因，线宽要比理论上的适当放宽。实际上，这一步工作在工程这一环节中已经做了，设计者们只需要考虑能否有足够的地方让工程部来将线宽扩充，因此，在设计时，两线之间的距离必须留有足够的余地。

3 实现PCB/PCBA的可制造性以及可靠性设计的有效举措

3.1 采用数控钻孔技术

在多层板和双面板生产过程中，对钻孔工序有下述三方面的要求：一是孔位准确；二是孔壁质好；三是生产效率高。

由于印制板表面安装技术以密为核心，不断向“薄、平”纵深发展，提高表面安装印制板密度，主要方法之一就是减少导通孔的尺寸，因此钻孔的发展趋势主要是导通孔尺寸急剧减小；φ0.8mmφ0.5mmφ0.4mmφ0.3mmφ0.25mmφ0.15mm……孔的尺寸减小要求，影响数控钻孔的设备及条件向更好的方向发展。

3.2 采用化学镀铜工艺

化学镀铜工艺主要包括双面板和多面板两种化学镀铜工艺，其中双面板化学镀铜的工艺流程如下：

钻孔板去毛刺清洁调整处理微蚀刻预浸处理活化处理加速处理化学镀铜。其中多面板的化学镀铜工艺流程和双面板的基本相同，不同之处在于多层板去毛刺后要增加除孔内钻污或凹蚀处理。

3.3 做好工程材料的审查

工程部的作用主要是将用户提供的PCB布线图通过软件转化成实际加工所需要的工程图， 工程部在开始生产之前，必须要对客户提供的PCB布线图进行审核，看能否符合本公司工厂生产的技术指标和参数，以避免无效加工，浪费材料，对效率和利润造成损害。

3.4 做好蚀刻工艺的施工

要选择适合高密度印制电路板图形蚀刻工艺方法是非常重要的。特别是蚀刻液的功能和蚀刻方式是确保电路图形尺寸精度的关键。从当前所采用的工艺仍然以减成法为主流来说，电路图形的抗蚀层有两种，一种是有机膜、一种是抗蚀金属镀层。

4 结束语

本论文基于工厂实际生产的基础上，在设计对制造过程中产生的可靠性问题进行了总结和分析。总的来说，在制造生产过程中，造成不可靠性产生的原因大多是加工过程中设备、人工操作等因素引起的，但不缺少由于设计的不周密性而导致的制造中的不可靠性。

参考文献

[l]张华文,刘永忠,李柳生.PCB设计的可制造性设计[J].工业设计,2010,05.

电路的可靠性设计范文第3篇

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[5]IEC：International Electrotechnical Commission.IEC Guide 114. Environmentally conscious design Integrating environmental aspects into design and development of electrotechnical products[OL].May 2005. /document/abstract/RQDZHBAAAAAAAAAA.

[6]McAloone， T and Bey， N. Environmental improvement through product development - a guide[Z].Copenhagen：Techincal University of Denmark， 2009. ISBN 978-87-7052-950-1.

[7]Hammond， G and Jones， C. Inventory of Carbon and Energy （ICE）[OL].2006.bath.ac.uk/mech-eng/sert/embodied/.

电路的可靠性设计范文第4篇

【关键词】电子产品；电子系统；电源开关；可靠性；设计原则；研究

0.前言

现代科学技术水平不断提升，电子产品的换新换代也十分迅速，人们生活水平的提高，各个企业的竞争压力不断加剧，对于各类电子产品的质量、可靠性等均有了较高的要求。电源开关是电子系统中极为重要的构成部分，且运行时间长，其可靠性直接关系到电子产品的质量。一般国际认为可靠性是在一定的环境条件中，及规定的时间内，完成相应功能的能力，该内容适应性较为广阔，包括系统、设备、单元。其中故障的出现具有较大的随机性，而需要在设计的过程中即考虑到其可靠性的因素，对其的研究是十分有必要的。

1.合理选择电路拓扑

开关电源的拓扑形势较为丰富，一般常见的类型包括单端反激式、正激式、双单端正激式、双管正激式、双正激式、半桥式、推挽式、全桥式等。其选择推挽式或者全桥拓扑时，可能会产生单向偏磁饱和的现象，损害到开关管，而半桥电路能够自动抗不平衡，因此不会出现开关管损坏的情况。双单端正激式、中单端正激式、单端反激式、推挽式的开关管的承压能力是输入电压的两倍，在使用过程中如果是以60%降额使用，开关管的选型存在一定的困难。双管正激式、半桥电路开关管的承压能力有限，一般是电源的最大输入电压，按照60%降额使用，开关管的选用范围较为广阔。如果是进行高可靠性工程中，应选择双管正激式和半桥电路开关管，质量较为良好[1]。

2.校正功率因数

开关电源在运行过程中会产生谐波，对电网造成一定的污染，其周围的设备也会受到较大的影响，甚至损害到设备，影响其正常使用，或者在使用三相四线制的过程中，电流较大，容易出现事故，需要选择功率因素校正能力的开关电源，保障其运行的安全性。

3.合理的供电方式

根据供电形式的不同，可以将供电方式分为两个不同的类型，即集中式供电系统和分布式供电系统，二者的性质、特点、适应情况等均有较大的差异。其中分布式供电系统供电单元与负载的距离较近，优化了动态响应特性，且供电较为稳定，在传输过程中电能的损耗较少，效率良好，可靠性较高，也具有扩展功率的特点，因此一般电子系统会才采用分布式供电系统，设备的可靠性要求高也能够达到标准[2]。

4.控制策略的制定

针对不用的情况 ，需要合理选择电源开关的控制措施，才能到达良好的可靠性效果。如果电源的功率较小，一般情况下会采用电流型PWM控制，相较电压型控制，其能够逐周期对电流实施有效的限制，控制速度更快，且不会出现过流损坏开关管的问题，降低过载，防止出现短路的问题，且环路稳定，容易补偿，纹波也较小，并电网电压调整率良好，瞬态响应效率高。实践证明，电流控制的50W开关电源，其输出纹波约为25mV，电压控制性开关电源比电压控制型开关电源性能更加优越。由于开关损耗的影响，硬开关技术开关频率一般不会超过350kHz，软开关技术则是以谐振为基本原理，大幅度减少了开关的损耗，并能够提高开关频率，并达到兆赫级水平。运用了软开关技术的变换器，其具有较多的优点，包括开关损耗低、恒频控制、储能元件尺寸良好的适应性、控制范围较为广阔、负载的范围较大等，但是其有存在一定的局限性，即其无法应用于中小功率电源中，中小电源一般采用PWM技术，只能应用于功率较大的电源中[3]。

5.元器件的选用

元器件的各项质量、性能等对于开关电源的可靠性有着直接的决定作用，在选择时需要严格遵循一定的原则，才能够在保障开关电源的质量，具体原则有以下几点：①严格做好质量控制元器件的质量因素引起的开关电源的失效与工作应力没有直接的关系，因此需要选择质量良好的元器件，元器件在使用前需要进行严格的检验，将质量不达标的排除掉；②按照规范严格筛选元器件 相较锗半导体器件，硅半导体器件性能更加良好，因此应选择硅半导体器件。尽量选择集成电路，减少分立器件的数量，电路更加简单，也能够降低故障风险。开关管应选择金氧半场效晶体管，其驱动电路更加简单，损耗也更少。输出整流管应使用二极管，其软恢复性较为良好。金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件相较塑料封装的器件质量更加良好，因此需要避免使用塑料封装的器件。一般情况不使用继电器，如果条件限制，需要使用继电器，应选择接触良好的密封继电器。一般不使用电位器，如果需要保留电位器，需要对其实施同封处理。由于有高频电流通过，容易升温，需要吸收电容器与开关管和输出整流管的距离不宜过大，且该类电容器需要属于高频，且损耗少，并能够耐高温。③应用环境因素 由于铝电解电容在特殊的情况下，其外壳会被腐蚀，容量不稳定、漏电流增加等问题，包括潮湿的环境、盐雾环境等，因此如果是处于舰船中，或者环境较为潮湿的情况下，尽量避免使用铝电解电容。在航天电子设备的电源中，在空间粒子的轰击下，电解质会被分解，因此也不适合于铝电解电容的使用[4]。

6.设置保护电路

电子系统的开关电源需要在较为复杂的条件下稳定的运行与工作，并出现荷载电压过大、过低、短路故障、高温、浪涌冲击等情况，因此需要设置不同的保护电路，使之能够适应不同的运行环境，能在各种恶劣环境下可靠地工作，提升器运行的稳定性。

7.开关电源的损耗

元器件在工作过程中会出现损耗，运行了较长时间后，损耗较为严重会造成元器件的失效，该现象属于自然损耗老化，工作应力对其没有影响。铝电解电容持续长时间处于高频条件下运行，会使得电解液逐渐损失，容量也会随之下降，如果电解液的损失量达到40%，容量则会减少20%；如果电解液的损耗量达到90%，容量则会减少40%，在该情况下，电容器芯子已处于干涸状态，失去了使用功能[5]。

8.总结

电源开关作为电子系统中极为重要的构件，其需要长时间的连续运行，且面临着较为复杂的运行环境。电源开关的特殊性，其无法进行相应的检修，而仅仅只能日常维护，因此其也较为容易出现各种故障，直接影响到电子产品的正常使用，需要进行可靠性设计。本文仅从一般的角度分析了电源开关的可靠性设计，在实践的设计活动中还需要设计人员结合实际的要求，不断的提升设计水平，保障电源开关的可靠性，提升电子产品的质量，给企业带来良好的经济效益及社会效益。[科]

【参考文献】

［1］徐小宁.开关电源可靠性设计研究[J].电气传动自动化，2009(03)：27-31.

［2］姚洪平,刘亿文,薛晨光.开关电源可靠性设计研究[J].电子制作，2013(17)：39.

［3］周真,侯长剑,王芳,王丽杰.基于BP神经网络的开关电源可靠性预计[J].电测与仪表，2009(01):64-68.

电路的可靠性设计范文第5篇

关键词：大坝自动检测；可靠性设计；探究

中图分类号：TV文献标识码： A

大坝自动检测系统可以使人们了解大坝的日常信息，并且大坝的工作环境较为恶劣，通常把仪器设备摆放在了并无人烟的荒郊野岭，没有便利的交通，其气候条件较差，同时没有良好的生活工作环境。大坝信息是水库可以运行的基本保障，同时汛期大坝信息可以直接影响着整个水库的安全问题。大坝信息来源是依靠于大坝自动监测系统，其大坝自动监测系统所给出的信息能够直接影响着大坝信息是否具有可靠性，所以，可靠性设计是大坝自动监测系统中的主要内容。

一、大坝自动监测系统的组成

其自动监测系统是以分布式来进行设计，系统大致分为上位机以、下位机以及交换机。其中上位机包含了数据库服务器、数据采集计算机、数据管理计算机。而下位机则包含了交换机、PLC主站以及PLC分站和压力传感器。

二、可靠性的概念

（一）可靠性的含义

可靠性的实质是指在系统使用的期间内以及预计环境中使人们相信所设计的功能，同时其性能还能够得到相应的保证。

首先，需要较为良好的使用功能。系统在使用的过程中，可以满足设计中的功能要求以及指标，其中包含了数值的准确性，通讯的流畅性，功能的稳定性，对于自身诊断的有效性，分析数据的准确性，对于大坝的分析以及及时性。

其次，在使用的过程中其系统可以承受由于环境因素所带来影响。例如潮湿、结露、结霜、结冰、日晒雨淋、高低温所引起的锈蚀以及老化，电磁场(包括雷电电磁脉冲)、浪涌电压、瞬变电流、地电位差等扰乱，人畜、蛇鼠等对系统的破坏，交通、发电、泄洪和地震等引起的系统震动等。

而后，还要有一定的耐久性。整个系统的部件具备抗老化、抗腐蚀以及抗松动的特质，同时其测量、通讯、数据处理以及其他性能在使用时所发生的变化并不会超出设计的范畴之内。其硬件可以承受在使用过程中的各种作用，同时还可以满足使用要求；但是对于软件来说它能够兼容新旧两个版本，并且还可以进行系统更新或者自动升级以及远程下载，以此来确保系统在使用的过程中其软件不会过时。

最后，在发生事件的前后，可以保证其系统的稳定性。系统一旦受到意外因素的影响，例如在人为原因、雷击等作用时并不会产生较为严重的后果，从而不会影响到其它部分的工作，在事发后的系统可以对故障进行显示以及报警，方便故障的找寻以及恢复，同时能够花费较少的费用。

（二）可靠性指标

从大体上来说，其可靠性指标能够利用分散型工业来进行控制系统来表示，并且，可用性和平均没有故障的时间以及平均修复时间有一定的关系，即

如对于由Ⅳ台仪器构成的大坝自动监测系统，其某时刻的可靠恤为正常工作的仪器数(Ns)与总数（N)加之比，即：

NF为故障的仪器数，是系统在任一次工作中，系统中达不到设计功能和性能要求的仪器总数。即

同时将两边乘以N/NS，即

则右边说明了在t时刻内，每台仪器工作在单位时间内的故障概率，用来表示，

（三）可靠性指标的影响因素

RAS指标的实质是一个随机变量，它和系统元器件、原材料、设计及组装、现场土建、安装调试、运行维护及现场环境等因素存在一定的关系，所以需要用概率统计方法进行相应的探究。

RAS系统受到了内外部的共同干扰，其中包含了电磁、高低温变化、温度升高或者骤降、潮湿、灰尘等；同时系统内的集成电路以及材料逐渐老化；并且厂家的技术能力以及管理水平都会对系统造成一定的影响，其售后的管理以及对待客户的服务方式也会对系统的使用产生了一定的影响。

在确定系统可靠性指标之前应该分析以上影响因素系统可，并注意收集以下资料：大坝施工现场的干扰因素以及统计特征，例如空间的电磁场、雷电强度大小、空气湿度大小等；收集系统和元器件在破坏因素的作用下所出现的反应以及规律，利用室内试验来确定系统所能承受干扰的极限值以及相应的时间，例如在一定时间内系统及各部分所能承受的电压、电流、电场强度、磁性强度、湿度等，并研究系统对各元器件老化及失效速率的影响；并以此来统计系统材料的老化以及失效特征，从中总结其统计规律。

三、可靠性设计

（一）总体设计

1.加强元器件和仪器的选型

其系统内的仪器设备可靠性是系统可靠性的重要保证。通过微功耗、工业级甚至是军用级芯片对元器件进行适当的降额使用，并在此基础上对电路设计进行优化，以此来提升设备可靠性。同时传感器尽最大限度的选取无源或微功耗的基础设备，有利于能够在现场进行长期工作。在设计的过程中，应该优先选择已经通过建筑工程考验过、较为成熟的设备，这样可以提升系统的可靠性。

2.优化系统工作模式

在设计的过程中，应该尽最大限度来简化其系统的结构，同时不应该附加其他的无用功能。在实际情况中，应该采取自报式以及间断工作的手段，如果系统设备可以得到较长的间歇时间并且损耗较小，就可以提升其设备的使用年限。

3.适当的采用干扰措施

其大坝自动监测系统主要是以电子产品为基础，在设计的过程中应该考虑其雷电等各种因素的干扰。其中保护措施主包含了：测量控制装置和仪器设备需要采用直流供电，并以此来解除电源线引入的雷电干扰；在无线传输的过程中，天线安装同轴避雷器，防止雷电从天馈线引入遥测设备；并且交流供电线路应该安装电源避雷装置。并且，同频干扰以及太阳风暴能够对通讯形成一定的干扰，影响其信号的传输，从而增加的了误码率，因此需要在硬件上使用干扰纠错技术。

就目前而言，所使用的信道编码采用纠错编码技术，可以检两位，纠一位错误。除此之外，使用多级校验能够提升系统的可靠性。对通信电路以及线路的设计，需要考虑大气条件的变化，所以要在每一条电路中都要预留出一定的干扰保护度以及余度，并以此来保证其电路的余量。

（二）设备的可靠性设计

选择较为简单的合理方案，多使用积分型的电路，在模拟电路的设计中，要着重关注于工作点的稳定功能，选择合适的深度，并以此来保证其工作的稳定，以免出现自激的现象。

同时应该对所有的设备进行不定期的检测，每批机器应该依照标准规定来进行震动跌落以及高温高湿的抽样检测，以此来确保其设备能够在艰苦的条件下运行。在检测的过程中，做好相关的检测记录，并从中总结经验，完善其系统产品。

四、结束语：

综上所述，其大坝自动监测系统所分布的范围较广，同时其工作环境较为艰苦，存在较为严重的干扰现象，所以应该进行全面的系统研究，并以此来保证系统可以保证长时间的工作。创建一个适当的可靠性指标能够对系统的可靠性进行全面的评价，从而促使厂家提升其产品的质量以及售后服务质量。

参考文献：

[1] 董树民,房灵常.大坝自动监测系统的可靠性设计[J].水利水文自动化,2013(4).

[2] 刘小生,张学庄,王爱公等.边坡稳定性自动监测系统[J].煤炭学报,2012,32(5).

[3] 贾嵘,南海鹏,王涛等.大坝渗压自动监测系统[J].西安理工大学学报,2013,15(4).

[4] 杨海云.福建大坝安全自动监测系统综述[J].福建电力与电工,2013,20(3).

电路的可靠性设计范文第6篇

进入21世纪以后，我国电子通讯行业发展突飞猛进，市场行业竞争力与需求越来越大，设备的更新换代频率也在不断加快。在这种背景下，电子通讯设备的可靠性设计技术就成为关键，如何才能确保电子通讯设备在更加安全的技术环境下良好运营发展，本文将以电子通讯设备的雷击浪涌可靠性保护设计为主展开论述。

【关键词】电子通讯设备 可靠性设计 雷击浪涌保护 技术分析

目前，电子通讯设备的种类正在不断增多，它们都对电子设备的运行质量及维护质量提出更高要求，考虑到电子通讯设备体系结构较为精密脆弱，所以对它的可靠性设计必须基于多方面考虑，提出科学的可靠性设计策略。

1 电子通讯设备的雷击浪涌可靠性保护技术设计

1.1 雷浪涌效应对电子通讯设备的危害概述

通常情况下，电子通讯设备非常忌惮雷击浪涌效应，因为他会为设备及相关建筑物、信号电缆、输电线路以及操作人员本身带来极大伤害，直接导致设备故障通讯中断甚至将设备烧毁，造成财产乃至人身生命损失。具体来讲，雷电浪涌能够对结构物、建筑物直接放电，这会严重影响到电子通讯设备，其快速上升及大幅值的电流脉冲会形成高电压进而对放电点物体造成毁灭性打击。由于雷电流变化率相当之大，所以可能会在设备邻近导体上产生强烈的电磁感应电压，它会直接侵袭电子通讯设备架空线路与地下电缆附属设备。例如闪电所产生的雷电电磁脉冲LEMP就会严重干扰电子通讯设备的正常工作运行，还会造成电子通讯设备中绝缘体元器件的击穿与参数劣化，最终导致元器件失效，设备瘫痪。为了减少雷击浪涌效应所带来的巨大损失，必须对电子通讯设备进行雷击浪涌可靠性保护技术设计。

1.2 电子通讯设备对雷击浪涌可靠性保护设计的基本要求提出

电子通讯设备针对雷击浪涌进行可靠性保护设计时要遵循以下4点要求：

（1）因为电子通讯设备的外连线与接口线都是容易遭受雷击的危险区，所以要对诸如接口线、中继线、天馈线等等部位实施优先雷击保护。

（2）要充分考虑雷击效应瞬间所产生的电流电压过大问题，因此针对电子通讯设备的防雷设备千万不能采用系统工作地线来作为雷电流泄放通道接线，应该采用专门的防雷地线与保护地线。

（3）在针对较大的电子通讯设备时，应该用接地线分别将保护地、工作地与机壳共同连接引导到接地汇集线位置。而如果是较小的电子通讯设备，则要考虑将上述3者相连专门用地线将他们引导至接地汇集线方面。

（4）接地汇集线方面必须遵循接地线引入线就近原则来与地网相互连接，因此电子通讯设备机房在接地引入线选择方面必须采用大于60mm×6mm且截面面积大于150mm2的镀锌扁钢或多股铜导线，需要注意的是，铜导线与扁钢的连接处应该采用气焊焊接的方式。

1.3 基于雷击浪涌保护可靠性的设计技术方案

一般来说，基于雷击浪涌效应保护的可靠性设计技术方案主要要借助电子设备重要接口，利用二级保护措施来保护设备本身。以设计技术方案来看，它必须围绕3种器件来实现保护体系构建，它们分别为正温度系数热敏电阻PTC、瞬态电压抑制器TVS以及钳位二极管。

首先说正温度系数热敏电阻PTC，它又叫做自复保险丝，对它的选择应该基于设备线路平均工作电流及工作电压来选择。通常PTC的环境温度选择应该20～22℃为基础标准，如果设备内部温度超出这一范围，就要通过降低电流并配合电流折减率来表示。通常情况下它会通过电子通讯设备内部最高温度来检查电流折减率，最后计算设备的额定电流计算值：

IU=1/电流折减率

在选择PTC时，应该先模拟用户电路平均工作电流和工作电压，保证设备内部最高温度控制在60～65℃左右。具体来讲，PTC热敏电阻的选择步骤分为以下两步：

第一步，要确定电子通讯设备内部线路电压，并考虑设备的供电线直接接触问题，可以工作电压在60～250V范围的TR系列PTC，保证元器件在环境温度60℃，电流折减率在64%的环境下工作。

第二步，计算它的额定电流计算值（利用上式IU=1/电流折减率），最后在TR系列中选出具体的适合于电子通讯设备的元器件型号。

最后在TVS的选择上，要率先考虑SLIC的馈电电压V晴电和它的铃流发生器峰值电压v，在此基础上再实施有效保护措施，一般都会采取两级Tvs，并同时保证两级Tvs的截止电压不同。在可靠性保护设计过程中，设置Tvs1和Tvs2的截止电压分别为vNM1和vNM2，然后列出以下两式：

vNM1（1.1～1.2）v=（1.1～1.2）v

vNM2（1.1～1.2）v=（1.1～1.2）V晴电

基于上述两式计算出两级截止电压，最终确定TVS。

2 电子通讯设备的其它可靠性设计技术简析

电子通讯设备除上述的雷击浪涌可靠性设计技术以外，还有其它可靠性设计，例如降额设计、余度设计、电磁兼容设计等等。

在降额设计方面，主要是针对设备中电子元器件的过多故障所提出的。如果设备元器件的工作应力低于额定值，那么电子元器件的设备故障率机会有所降低，其设备可靠性也会有所上升，反之。因此在电子通讯设备的可靠性设计中应该优先考虑降额设计，确保设备工作应力小于而定设计值。

电磁兼容设计则主要针对目前电子通讯设备的电磁频谱紧张问题与电磁频谱兼容问题而提出的。它主要基于接地设计、屏蔽设计和滤波设计展开，在电气设备的电子环境中，根据电磁环境不会侵扰其它设备的基本原则来搭建防护体系。就目前电子通讯设备的发展现状来看，电磁兼容所产生的辐射率越来越高，所以需要对电子通讯设备进行行之有效的辐射抑制，因此电磁兼容设计就会重点考虑它的设计、接地与布线等问题，对设备的可靠性保护非常关键。

3 总结

电子通讯设备技术先进且精密，需要提高对它的安全保护意识，避免由内外部因素所带来的不必要风险。本文仅仅简要介绍了集中基于电子通讯设备可靠性保护的设计技术，希望解决制约设备安全运行的主要障碍，全面提升电子通讯设备的整体安全质量。

参考文献

电路的可靠性设计范文第7篇

关键词：单片机；嵌入式系统；应用型教学

作者简介：王斌（1974-），男，江苏淮安人，重庆大学自动化学院，副教授。（重庆 400044）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0071-02

目前研究生的培养分为学术型和专业型研究生，学术型以培养教学和科研人才为主，专业型主要培养企业紧缺的应用型人才。在研究生教学体系里很多课程任然沿袭了以往的教学大纲，不能适应专业型研究生的培养需求。单片机嵌入式系统是一门应用性很强的学科，其教学目标就是使学生熟悉单片机系统的开发流程，提高系统的软硬件设计能力。[1]而传统嵌入式系统的课程主要侧重于讲述嵌入式硬件的工作原理、嵌入式操作系统的原理等，没有从工程应用的角度研究嵌入式系统软硬件的设计。在工程应用中，8位和16位单片机占据了绝大多数的份额，这些系统无需设计复杂的嵌入式操作系统，主要关注系统的软硬件匹配、高可靠性等指标。为了适应企业对应用型人才的需求，提高专业型研究生的实践能力和创新能力，在“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程中从实际工程应用出发，针对单片机系统软硬件的应用设计、匹配设计、可靠性设计等展开教学，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效探索。

一、硬件教学改革

硬件体系是嵌入式系统的构建基础，是系统工程方案和控制软件实现的根基。[2]嵌入式系统的硬件设计涵盖了模拟电路、数字电路、微电子技术、传感器测量技术等多个学科的内容，是对学生所学专业知识的综合训练。传统的嵌入式系统课程在硬件教学方面一般只讲述微处理器、存储器、总线接口等器件的原理和分类，没有从应用的角度分析这些器件在电路中的设计要求和规范，学生也感觉枯燥乏味。为此，在课程教学中着重分析这些器件在电路中的具体应用，强调嵌入式系统的硬件体系设计，包括控制单元、存储单元、接口单元、信号采集单元、信号输出单元电路等。[3]在各个单元电路的学习中，主要分析核心器件的性能指标参数和器件的匹配设计等。对于控制单元电路，通过Atmel、Freescale等公司的8位或16位产品路线图讲述单片机芯片的概念和分类，使学生理解由于时钟频率、内嵌资源、封装尺寸等技术指标的区别而产生不同系列或型号的单片机；分析单片机芯片和电路的匹配设计，如时钟电路、供电电路、复位电路等的电路设计。对于供电单元电路，比较分析线性电源、开关电源、电荷泵等不同供电方式的优缺点，描述不同供电拓扑结构的应用场合和电路设计等。对于接口单元电路，重点讲述不同接口电路在设置缓冲逻辑、协调信号差异等方面的具体应用，如通用I/O口驱动键盘、LED灯和模拟数据地址总线的应用，SPI接口构建分布式系统的电路设计，红外通信接口的低成本应用设计等。对于信号采集单元，分析电压、电流、温度等不同信号的传感器测量电路，研究信号的隔离放大和滤波的实现电路等。通过硬件体系不同单元电路的具体设计描述，学生能够理解这些电路的工作原理和应用设计要求，锻炼自身的系统硬件设计能力，根据所给的设计参数搭建合适的嵌入式硬件系统。

针对嵌入式系统硬件的教学还引入了系统的可靠性设计概念，重点讲述系统抗电磁干扰的可靠性设计。电磁干扰是现代电子工业面临的一个主要问题，很多国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准。为了满足电磁兼容的标准，电路设计者必须从板级设计开始就关注电子干扰的抑制，在器件选择、电路设计和版图设计阶段考虑如何降低干扰源的级别、缩短干扰的耦合路径、减少电磁辐射等。可靠性设计是硬件设计需要考虑的一个关键因素，在工程应用中占有重要的地位。[4]通过可靠性设计的学习，学生对系统硬件的应用设计将有更深入的认识，从而将硬件设计和工程实践需求结合起来。

二、软件教学改革

软件是嵌入式系统的灵魂，是系统控制算法的实现途径。以往的嵌入式系统软件教学主要介绍嵌入式操作系统，讲述操作系统的内存管理、进程与中断管理、调度机制等概念。[5]而在实际应用中，大多数单片机系统没有嵌入复杂的操作系统，通过嵌入式程序就能够完成实时控制的需要。因此，在软件教学中针对嵌入式程序的编程主要介绍嵌入式C语言的应用开发。嵌入式C语言和标准C语言不同，必须适合嵌入式系统的特殊应用环境，如有限RAM、有限ROM、有限堆栈空间、多种指针类型、严格的时序等。由于教学课时有限，没有介绍标准C语言的语法，而是重点讲述嵌入式C语言相对标准C语言的扩展语法，从变量定位、中断程序定义、混合编程等方面学习嵌入式C语言的编程语法。如关于变量定位学习映像寄存器定位、变量定义修饰符、全局和局部变量、位定义访问等语法；关于中断程序定义学习预处理定义、关键字定义、中断向量号定义等语法；关于混合编程学习内嵌编程、变量的混合调用、函数参数传递协议等语法。通过以上内容的学习，学生可以理解标准C语言不适合单片机嵌入式系统开发的原因，掌握嵌入式C语言的扩展语法，了解嵌入式C语言对系统硬件资源的编程需求，结合嵌入式系统的特殊要求编写控制程序代码。

由于嵌入式系统的硬件资源非常有限，一个高效简洁的C语言程序代码至关重要，不但可以节约占用的嵌入式系统的硬件资源，而且减少了程序代码运行的机器周期，提高了嵌入式系统控制的实时性。为了加深学生对嵌入式C语言编程环境的理解，基于CodeWarrior集成开发环境引入高效C语言编程实验案例。CodeWarrior开发环境集成了处理器专家库、全芯片仿真、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编和调试器等，能够完成从源代码编辑、编译到调试的全部过程。通过编程实验案例学生学习了嵌入式C语言的扩展语法，如中断定义、数据段定义、变量定义等；C语言程序的多种优化方法，如编译器优化、循环代码优化、数组指针优化、乘除运算优化、存储模式优化、参数传递优化等。由此，学生可以掌握高效嵌入式C语言程序的编程方法，提高自身的嵌入式软件设计水平。

三、考核方式改革

目前工程实践中的嵌入式系统的规模越来越大，硬件和软件的设计日趋复杂，需要团队的力量才能完成整个系统的设计。为了锻炼学生的软硬件设计和团队合作能力，在课程的考核方式上要求学生2人一组，完成一个嵌入式系统的项目设计。由于学生平时都在导师的实验室里做项目，所以课程考核的主要目的不是锻炼学生的动手能力，而是希望学生熟悉单片机嵌入式系统的软硬件开发流程，掌握软硬件的常规设计规范，锻炼相互合作的能力。要求2个学生分别独立完成系统设计的硬件部分和软件部分，项目报告必须包括系统功能分析、器件选型、原理图设计、控制算法描述、软件流程图、C语言编程等内容。学生考核时还需要做口头陈述，重点描述项目的功能需求、设计方案、软硬件的设计途径等。允许学生在硬件和软件上采用非常规的设计手段，但必须提出自己的设计思路。通过考核，学生掌握了嵌入式系统硬件架构和软件架构的设计理念，提高了学生独立解决工程问题和创新设计的能力。

四、结论

单片机嵌入式系统设计是一门应用性很强的学科，在教学中有效结合工程实践应用对于学生掌握嵌入式系统软硬件的设计知识非常重要。为了提高研究生的实践和创新能力，从实际工程应用出发，针对“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程的硬件教学、软件教学和考核方式进行了探讨，提出了教学实践改革的具体措施，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效的探索。教学改革的目标是充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生分析和解决实际工程问题的水平，培养学生嵌入式系统的应用设计和创新设计能力。

参考文献：

[1]谢光前.卓越工程师背景下的单片机课程教学改革与探索[J].电脑知识与技术，2012，（11）：2563-2564.

[2]孙士明，刘新平，郑秋梅，等.计算机专业嵌入式系统实践教学体系探索[J].实验室研究与探索，2009，28（5）：122-125.

[3]怯肇乾.嵌入式系统硬件体系设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

电路的可靠性设计范文第8篇

关键词:虚拟仪器;航空相机;性能测试

中图分类号:TP202文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)11-2792-02

Research on Reliability of Aviation Camera Detection System

LI Xiao-jing, YU Qiu-shui, PAN Tong

(Computer Office, Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)

Abstract: Aviation camera detection system is the special detection system assembled to aviation camera, making use of the detection system can locate fault circuit board, so that the camera can work normally by replacing spare circuit boards. Therefore, it is necessary that we research on reliability of aviation camera detection system in order to ensure the reliability of aviation camera detection system. Aiming at the composition of aviation camera, it analyses detection system reliability and reliability index distribution ensuring the reliability design requirements.

Key words: virtual apparatus; aviation camera; capability test

1 概述

航空相机是安装在航空器上从空中摄取地面目标的光学仪器,是为新型战术侦察机配备的可见光胶片型侦察相机设备。该相机采用卧式光学转筒扫描形式,对地(海)面目标作扫描侦察摄影,监视战场态势变化,承担攻击战果评估侦察任务,也可为精确打击武器提供目标定位和目标清晰图像。其工作是否正常,直接影响航拍图像的生成质量和生成周期。而航空相机检测系统就是为航空相机配备的专用检测系统,利用该检测系统能够确定故障发生在哪一个电路板上,以便使用备用电路板,使相机正常工作。因此,对航空相机检测系统进行可靠性研究,保证航空相机检测系统的可靠性是十分必要的。

2 检测系统组成

检测系统采用PC104嵌入式工业控制计算机结构,外附加信号仿真模拟功能模块、通讯数据总线接口模块、检测信号采集调理功能模块及其它配套功能模块,构成了检测系统的相机管理仿真通道和单板功能检测通道两个主检测通道,完成检测系统的主要功能。航空相机内场检测系统总体结构组成如图1所示。

由图1看出,主控系统是整个检测系统的核心部件。它控制指令的发出、数据的处理和信息的输出。电源单元为检测系统内部各器件的工作提供所需的电源。数据信息输出单元主要由显示器组成,用来实时的显示整个检测过程。

3 系统可靠性分析

在电源系统中,采用±27V,±15V,+5V直流电源,提供相机检测系统内部板卡和电机工作所需的各种电源;在控制系统中,采用PC104嵌入式系统,里面集成了CF429,PM515,PM504,PM520,PM530等接口卡;在执行机构中,使用三个步进电动机模拟相机内部的调焦电机和补偿电机,另外安装了航空相机中使用的卷片电机和光棒电机;在输入输出系统中,采用27个操纵键,并采用液晶显示屏显示测试结果。在此系统中,如有一个单元出现故障,整个相机检测系统就会失效。因此,整个系统为串联可靠性工作模型系统,其单元之间的可靠性模型相互关系见图2。

图2 相机检测系统可靠性模型

若要求系统的连续工作时间t=8小时,平均故障间隔时间MTBF=1000小时,则系统要求的可靠度为:。

对于此串联的可靠性工作模型系统而言,系统与分系统间应满足下列关系式:

(1) ;(2);(3)

式(3)中:Mi――第i个单元的平均无故障间隔时间;n――单元数(n=6)。

4 可靠性指标分配

(i=1～6)

式中:ωi――各单元的加权因子;ti――各单元需要的工作时间;ni――第i个单元有源部件数;N――系统中各单元有源部件数的总和。

各分系统可靠度为:

在本系统中,各单元的工作时间均相同,即ti=8小时,因此ωi 取1,按上式算得各单元平均无故障间隔时间和可靠度数据如表1。

5 结论

根据上述可靠性分配结果,整个系统的可靠性可以实现可靠性指标。从以上的可靠性指标来看,各分系统的可靠度满足可靠性设计要求,也符合质量管理的要求。

参考文献: