硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

1、硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)目錄1可靠性概念41.1失效率41.2可靠度51.3不可靠度61.4平均無(wú)故障時(shí)間61.5可靠性指標(biāo)間的關(guān)系62可靠性模型72.1串聯(lián)系統(tǒng)72.2并聯(lián)系統(tǒng)92.3混合系統(tǒng)112.4提高可靠性的方法123可靠性設(shè)計(jì)方法123.1元器件123.2降額設(shè)計(jì)133.3冗余設(shè)計(jì)143.4電磁兼容設(shè)計(jì)153.5故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷153.6軟件可靠性技術(shù)153.7失效保險(xiǎn)技術(shù)153.8熱設(shè)計(jì)163.9EMC設(shè)計(jì)163.10可靠性指標(biāo)分配原則174常用器件的可靠性及選擇194.1元器件失效特性194.2元器件失效機(jī)理214.3元器件選擇234.4電阻234.5電容264.6二極管304.7

2、光耦合器314.8集成電路325電路設(shè)計(jì)385.1電流倒灌385.2熱插拔設(shè)計(jì)405.3過(guò)流保護(hù)415.4反射波干擾425.5電源干擾495.6靜電干擾515.7上電復(fù)位525.8時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)535.9時(shí)鐘信號(hào)的匹配方法556PCB設(shè)計(jì)596.1布線596.2去耦電容617系統(tǒng)可靠性測(cè)試627.1環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試627.2EMC測(cè)試627.3其它測(cè)試638參考資料639附錄641 可靠性概念系統(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。可靠性的高低涉及產(chǎn)品活動(dòng)的方方面面，包括元器

3、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)。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。干擾對(duì)系統(tǒng)造成的后果主要表現(xiàn)在以下幾方面： 數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤 控制狀態(tài)改變 程序運(yùn)行失常 系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定可靠性是描述系統(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?？煽啃缘亩x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

4、3000小時(shí)內(nèi)無(wú)故障的概率為70%?？煽啃宰罴蟹从沉四钞a(chǎn)品或系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)。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。1.1 失效率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。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)總是比電子元器件、集成電路芯片先進(jìn)入損耗故障期。1.2 可靠度可靠度是指產(chǎn)品或系

5、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)。如果用隨機(jī)變量T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)。1.3 不可靠度不可靠度也稱為累積失效

6、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）。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）對(duì)于不可修復(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1.4 平均無(wú)故障時(shí)間產(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；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”。

7、1.5 可靠性指標(biāo)間的關(guān)系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（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?？煽啃蕴卣髁縍(t)F(t)f(t)(t)R(t)(可靠度)-1-F(t)F(t)(累積失效率)1-R(t)-f(t)(概率密度)-(t)(失效率)-關(guān)于MTBF計(jì)算的例子見(jiàn)附錄文件SLCAV320MTBF.pdf2 可靠性模型一個(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

8、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(gòu)成的系統(tǒng)的可靠性的關(guān)系。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。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。2.1 串聯(lián)系統(tǒng)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

9、件）失效，都將引起整個(gè)系統(tǒng)失效。A輸入B放大C采樣DA/DABCD圖 xxxxabLC圖 xxx 串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型LCab圖xxx和圖xxx中的a表示系統(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。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。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)

10、和。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。串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為：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)的可靠度隨之減小。2.2 并聯(lián)系統(tǒng)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)。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)。R1（t）R2（t）Rn（t）圖xxx

11、 并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型若系統(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：i1，2，n系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間為：下圖是n個(gè)相同單元并聯(lián)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，隨著并聯(lián)單元數(shù)的增加，系統(tǒng)的可靠度隨之增大。2.3 混合系統(tǒng)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。R1（t）R2（t）R5（t）R4（t）R3（t）圖xxxx 混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型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。R1（t）R2（t）R3（

12、t）圖xxxx 混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型2.4 提高可靠性的方法提高系統(tǒng)可靠性的途徑有兩個(gè)：錯(cuò)誤避免和容錯(cuò)設(shè)計(jì)。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。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。3 可靠性設(shè)計(jì)方法3.1 元器件元件、器件是構(gòu)成系統(tǒng)的基本部件，元器件的性能與可靠性是系統(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。n 把握元器件的選型、購(gòu)買、運(yùn)輸、儲(chǔ)存元器件的質(zhì)量

13、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)的元器件。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)。n 老化、篩選、測(cè)試元器件的老化測(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)品。老化處理的時(shí)間長(zhǎng)短與所用元件量、型號(hào)、可靠性要求有關(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110120。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。3.2 降額設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)是使電子元器件的工作應(yīng)力

14、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)是電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)中的最常用的方法。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。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，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

15、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。3.3 冗余設(shè)計(jì)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。如在電路設(shè)計(jì)中，對(duì)那些容易產(chǎn)生

16、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。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）選定冗余類型； 3）確定冗余配置方案； 4）確定冗余管理方案。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。n 硬件冗余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)、

17、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)。n 軟件冗余實(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)和軟件看門狗技術(shù)等。n 信息冗余對(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)。n 時(shí)間冗余重復(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。3.4 電磁兼容設(shè)計(jì)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

18、，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?？闺姶鸥蓴_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。3.5 故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷為了判定系統(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，以便及時(shí)排除故障，縮小故障帶來(lái)的影響。3.6 軟件可靠性技術(shù)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

19、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。3.7 失效保險(xiǎn)技術(shù)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。3.8 熱設(shè)計(jì)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7085，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)

20、的冗余度，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。3.9 EMC設(shè)計(jì)電磁兼容（EMC）包括電磁干擾（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

21、電磁騷擾的能力。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；一般從以下方面考慮，以保證產(chǎn)品的EMC特性：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。2、屏蔽。采用屏蔽的目的

22、有兩個(gè)：一是限制內(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）。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；4、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

23、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。3.10 可靠性指標(biāo)分配原則通常分配可靠性指標(biāo)應(yīng)考慮下列原則： 技術(shù)水平對(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。 復(fù)雜程度對(duì)較簡(jiǎn)單的單元，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。 重要程度對(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。 任務(wù)情況對(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單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。此外，一般還要受費(fèi)用、重量、尺寸等

24、條件的約束?？傊?，最終都是力求以最小的代價(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)分分配法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃分配法等。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)：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110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)或部件分配可靠性指標(biāo)。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：部件復(fù)雜度技術(shù)成熟度重要度環(huán)境條件各部件評(píng)分各部件評(píng)分系數(shù)

25、Ci分配給各部件的故障率分配給各部件的MTBFA896834560.4622790.000924561081.597B576816800.2247190.000449442225C56659000.1203850.000240774153.333D668514400.1926160.000385232595.833合計(jì)747610.002500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）；（2）對(duì)A部份而言，最后評(píng)分為8*9*6*83456；B的評(píng)分為5*7*6*81680；同理C的評(píng)分為900、D的評(píng)分為1440；最后四部分總分為：7476；紫紅色字跡部

26、份。（3）對(duì)A部份而言，評(píng)分系數(shù)為3456/74760.46；B的評(píng)分系數(shù)為1680/74760.22；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。（4）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，失效率為1/5000.002；所以分配給A的失效率為：0.46*0.0020.0009，對(duì)應(yīng)的MTBF為1081.6H；同理得B/C/D的失效率和MTBF，紅色字跡部份。4 常用器件的可靠性及選擇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。4.1 元器件失效特性 失效率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

27、概率。一般記為,它也是時(shí)間t的函數(shù),故也記為(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).按上述定義,失效率是在時(shí)刻t尚未失效產(chǎn)品在t+t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率.即它反映t時(shí)刻失效的速率,也稱為瞬時(shí)失效率.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 失效規(guī)律產(chǎn)品的失效規(guī)律如下圖所示，其失效率隨時(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。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)刃纬傻娜毕荩约罢{(diào)試、焊接、安裝不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。?dāng)這

28、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。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)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護(hù)。衰老期也稱為損耗期。失效率

29、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。 失效形式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。n 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。n 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，性能逐漸降低形成。n 局部失效：退化失效常使系統(tǒng)局

30、部功能失效，稱為局部失效。n 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。fit表示109/h表xxx 電子元器件的失效率4.2 元器件失效機(jī)理元件的失效直接受濕度、溫度、電壓、機(jī)械等因素的影響。 溫度影響：環(huán)境溫度是導(dǎo)致元件失效的重要因素。n 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：式中：ICQ溫度T0C時(shí)的反向漏電流ICQR溫度TR 時(shí)的反向漏電流TTR溫度變化的絕對(duì)值由上式可以看出，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

31、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。溫度與允許功耗的關(guān)系如下：式中：PCM最大允許功耗TjM最高允許結(jié)溫T使用環(huán)境溫度RT熱阻由上式可以看出，溫度的升高將使晶體管的最大允許功耗下降。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)門和關(guān)門電平都將減小，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。n 溫度變化對(duì)電阻的影響溫度變

32、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。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)熱敏電阻），它們的阻值受溫度的影響很大。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)

33、正常，同時(shí)，其電阻值也恢復(fù)到其正常值。對(duì)于NTC，它的特點(diǎn)是其電阻值隨溫度的升高而減小。n 溫度變化對(duì)電容的影響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。此外，溫度升高也將使電感線圈、變壓器、扼流圈等的絕緣性能下降。 濕度影響：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。濕度過(guò)高也是引起漏電耦合的主要原因。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。 電壓影響：施加在元器件上的電壓穩(wěn)定性是保證元器件正常工作

34、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。 振動(dòng)、沖擊影響：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。4.3 元器件選擇 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、頻率特性等； 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； 選用經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)證明性能優(yōu)良的定型元器

35、件； 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； 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元器件，確保元器件的可替換性； 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； 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4.4 電阻 電阻分類：n 碳膜電阻：氣態(tài)碳?xì)浠衔镌诟邷睾驼婵罩蟹纸?，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。n 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。n 碳質(zhì)

36、電阻：把碳黑、樹脂、粘土等混合物壓制后經(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。n 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。n 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。n 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。 標(biāo)稱阻值和允許誤差E-24

37、 允差5%1.01.11.21.31.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.35.15.66.26.87.58.29.1E-96 允差1%1.001.021.051.071.101.131.151.181.211.241.271.301.331.371.401.431.471.501.541.581.621.651.691.741.781.821.871.91.962.002.052.102.152.212.262.322.372.432.492.612.652.672.742.802.872.943.013.093.163.243.323.483.533.573.653

38、.743.833.924.024.124.224.324.424.644.644.754.874.995.115.235.365.495.625.765.906.196.196.346.496.656.816.987.157.327.507.687.878.068.258.458.668.879.099.319.539.76 電阻的額定功率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。 電阻的噪聲與頻率特性電阻通電后，都出現(xiàn)不同程度的噪聲電壓，兩個(gè)引出端上電位呈現(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。電阻的噪聲電壓用下式表示

39、：式中：k波耳茲曼常數(shù)，為1.3810-23J/K；T熱力學(xué)溫度/K；B噪聲帶寬/Hz；R電阻值/；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0.20.5pF；包括引線電感在內(nèi)，剩余電感Ls為1030nH。電阻的頻率特性為：一個(gè)1/8W的金屬膜電阻其Cd0.25pF，Ls20nH，所以阻值在280左右的電阻有最好的頻率特性。 電阻的失效模式參數(shù)漂移、短路、開(kāi)路、接觸不良；各種電阻的失效率如下表所示： 電阻使用的注意事項(xiàng)n 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

40、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。n 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：式中：V脈沖峰值電壓；R電阻阻值；f頻率（Hz）；脈沖寬度（s）。一般選取電阻的額定功率為上式計(jì)算值的25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。n 降低額定電壓使用：最好用到最高允許電壓的50或者更低。4.5 電容 電容的種類和特性： 標(biāo)稱值和允許誤差n 允許誤差：2%5%10%20%+20% -30%+50%-20%+100%-10%n 標(biāo)稱值：電容類別允許誤差容量范圍標(biāo) 稱 容 量 系

41、列紙介電容、金屬化紙介電容、紙膜復(fù)合介質(zhì)電容、低頻（有極性）有機(jī)薄膜介質(zhì)電容5%10%20%100pF1uF1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.81uF100uF1 2 4 6 8 10 15 20 3050 60 80 100高頻（無(wú)極性）有機(jī)薄膜介質(zhì)電容、瓷介電容、玻璃釉電容、云母電容5%1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.02.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.34.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.110%1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.73.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.220%1.0 1.5 2.2

42、3.3 4.7 6.8鋁、鉭、鈮、鈦電解電容10%20%+50/-20%+100/-10%1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8(容量單位uF) 耐壓值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。常用固定電容的直流工作電壓系列如下所示，其中有*的的數(shù)值，只限電解電容用。單位：V1646310162532*4050631001251602503004004505006301000 絕緣電阻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

43、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。 等效電路 失效模式 電容器的使用注意事項(xiàng)n 耐壓：實(shí)際使用電壓應(yīng)比額定電壓低2030n 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。n 注意電解電容的極性n 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。4.6 二極管 二極管的種類n 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）。n 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。n 按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型

44、二極管及平面型二極管。n 另外還有發(fā)光二極管等n 二極管的伏安特性 主要參數(shù)n 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IN40014007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。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(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC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。

45、n 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。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｖ档米⒁獾氖欠聪螂娏髋c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管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。n 最高工作頻率f：二極管能承受的最高頻率。通過(guò)PN結(jié)交

46、流電頻率高于此值，二極管則不能正常工作。n 穩(wěn)壓管：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)。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= UzIzmax）4.7 光耦合器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)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

47、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。n 類型：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n 技術(shù)參數(shù)：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-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。在實(shí)際應(yīng)用

48、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。4.8 集成電路在用集成電路進(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。 噪聲容限：定義不同系列的集成電路，其噪聲容限也不相同，如下圖所示：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；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；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； 門限電壓： 輸入、輸出電容：

49、 使用CMOS系列器件的注意事項(xiàng)n 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?？梢愿鶕?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，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。n 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

50、現(xiàn)象造成電流損壞。n 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。n 焊接時(shí)需要防靜電n 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。 使用74HC、74LS系列器件的注意事項(xiàng)：n 74HC系列器件的工作電壓為26V；74LS系列器件的工作電壓為4.755.25V;n 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。n 應(yīng)極力抑制電源線、地線地高頻噪聲，確保每個(gè)74H

51、C系列芯片的電源與地間有一個(gè)0.010.1uF的旁路電容。n 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。n 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。n 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。n 74HC與TTL接口由于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

52、電阻是一種選擇。如下圖所示：上拉電阻使用下式計(jì)算：式中IOH（74LS）為輸出高電平時(shí)的泄漏電流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。反之，74HC驅(qū)動(dòng)74LS時(shí)，由于電壓電平不存在問(wèn)題，因此決定扇出數(shù)的是74HC低電平的驅(qū)動(dòng)能力。n 驅(qū)動(dòng)能力：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）。74HC器件可以驅(qū)動(dòng)10個(gè)74LS器件

53、；74LS器件也可以驅(qū)動(dòng)10個(gè)74LS器件； 集電極開(kāi)路或漏極開(kāi)路輸出門電路如上圖所示，將Rc放置在集成電路的外部就構(gòu)成了OC門電路（漏級(jí)開(kāi)路原理相同），需要選擇合適的Rc的阻值，將Rc接到門的輸出端與電源之間，該OC門才能具有穩(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，則該電路不具備正常的邏輯功能（特別是當(dāng)其負(fù)載為CMOS器件時(shí)）。OC門的最大特點(diǎn)是具有線與功能。幾個(gè)OC門共用一個(gè)Rc（輸出端并接在一起），其輸出為各個(gè)OC門輸出之積（線與）。Rc值的選取與OC門輸出級(jí)的漏電流大小以及OC門輸出級(jí)的電容和負(fù)載電容有關(guān)。如果僅考慮與負(fù)載的電平配合，Rc可按下式選擇：Rc（VccVil

54、）/nIoc式中：Vil后級(jí)器件的輸入低電平電壓； n線與的OC門數(shù)量； IocOC門輸出級(jí)漏電流；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門輸出級(jí)的電容和負(fù)載電容的大小及上升時(shí)間、下降時(shí)間限制來(lái)確定Rc。5 電路設(shè)計(jì)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。5.1 電流倒灌集成電路的典型模型如下：n 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。n 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。n D3用于保護(hù)CMOS電路在放電時(shí)的干擾。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。n 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。電流倒灌產(chǎn)生的原因：當(dāng)使用CMOS型