【电路设计的可靠性】质量与可靠性.doc

【电路设计的可靠性】质量与可靠性
电路设计的可靠性
转自：北大未名站BBS
整理：段长亮
在系统方案设计时应遵循如下原则：
1. 简化方案
系统的可靠性是由组成系统的各个单元直到每个元件的可靠性决定的，所以应该尽量提高元器件或独立单元的可靠性。 从失效率的角度, 系统的失效率是其所有组成元件的总和, 避免一个元件失效的最好方法是在系统中省去这个元件。所以, 只要能满足系统的性能和功能指标，就尽可能地简化系统结构。当然，如果某种附加有利于提高系统可靠性, 则是必要的, 例如抗干扰设计、容错设计、雍余设计等。
2. 避免片面追求高性能指标和过多的功能
随著技术的发展, 产品的性能和功能 应该是越来越强的，但在一定阶段内和力所能及的技术条件下，应注意协调高指标 与可靠性的关系。如果给系统定下过高的指标，势必使系统复杂化, 一方面使用过多的元器件, 直接降低了系统的可靠性；另一方面增加了设计中的不合理、不可靠隐患的机 会。
3. 合理划分软硬件功能
这是微机化仪表特有的问题，由于微机的参与，软件在 数据处理、逻辑用分析、通信和分时处理等方面具有硬件难以比 拟的功能，而且软件在通过实践的验证后, 就不存在失效性的问题。在方案设计时, 能够方便地用软件完成的功能一定要坚决地贯彻
“以软代硬＂的原则。另一方面就微机化仪表而言, 功能再强大的软件也需要硬 件的支持, 如果软件担负的任务过多, 既增加开发的难度又 不易保证软件的可靠性。所以需要合理地划分软硬件功能, “ 以软 代硬”至少要在CPU 时间资源允许的 前提下进行。现在有很多可编程的集成芯片, 一方面简化了硬件电路，提高了其可靠性 , 另一方面又促成了更进一步“以软 代硬＂的可能。微机化仪表是由软件和硬件构成的，两者必然相辅相成, 不能偏废任何 一方。
4. 尽可能用数字电路代替模拟电路 数字电路稳定性好、抗干扰能力强、可标准化设计、易于器件集成制造。数字式集 成电路代替模拟式是电子技术发展
的 一个趋势。另外, 还要尽可能多地采用集成芯片且集成度越高越好，集成芯片密封性好 、机械性能好、焊点少, 其失效率比同样功能的分离电路要低得多。
5. 变被动为主动 影响系统可靠性的因素很多，在发生的时间和程度上的随机性 也很大，在设计方案时, 对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环 节应主动地采取可靠性保障措施，以免在问题发生时被动地应付。抗干扰技术和容错设 计是变被动为主动的两个重要手段。、元器件的合理选用
可以说, 系统的彻底失效都是以元器件的失效而告终的。所 以，在设计和研制微机化仪表时, 合理地使用元器件, 是保障系 统可靠性的基本技术。合理地使用一方面是指设计阶段, 根据应用条件，选择合适的器 件及其工作点; 另一方面是指研制阶段对 器件进行筛选，使用可靠的器件。下面讨论若干基本元器件的设计选用。
1. 分离半导体器件的使用
在电路设计时, 对分离器件主要从电应力、工作频率、型号 互换等方面考虑。
(1)电压应力: 半导体器件均有其耐压的极限值 , 如三极管、极 限值等。 当所加的电压大于半导体器件的极限电压值时, 将会 出现瞬时击穿或永久性击穿, 前者引起器件电参数的变化，后者使之突发性失效。除明 显的设计和调试错误外，器件性能的分散 性、连锁反应、感性负载等都是造成器件意外击穿的因素.
(2)电流应力: 器件所承 受的最大电流 。半导体器件工作时， 因其自身电阻的存在，必然产生热量，在温度和电流的综合作用下，器件内温度超过极 限将导致失效。与电流应力密切相关的因 素是工作温度，所以工作温度较高时, 应考虑降低器件的参数等级, 或者采取良好的散 热措施。对于功率器件, 功率、温度、散热始终是设计时必须综合考虑的因素。
(3)工作频率：由于PN 结的电容效应, 半导体器件有其工作频率的限制，一般多考虑 上限频率的影响，工作频率超过该极限 则器件的性能将下降甚至失效。另外也不亦用高频器件代替低频器件, 那样噪声系数将 增大。
(4)型号互换: 器件互换性有利于减少MTTR 指标。互换时主 要考虑参数的匹配, 如额定工作电压、电流、功率、工作频率范围等。同样功能的分离 电路
要低得多。
2. 固定电阻和电位器
固定电阻和电位器可按照其制造材料分类，如合金型(线绕、 合金箔) 、薄膜型(碳膜、金属膜) 和合成型(合成实芯、合 成薄膜、玻璃釉) 等, 随着电子技术的发展，新型品种也不断出现。
在使用固定电阻和电 位器时, 应考虑下列事项:
(1)阻值稳定性: 电阻的阻值会因其材料的“老化”而变化, 这是个缓变的过程。电 阻值更经常地受温度的影响，因此 在精密电路中, 电阻的温度漂移系数是个重要指标。
(2)工作频率：当电阻工作在高