硬件系統(tǒng)設(shè)計的可靠性設(shè)計

1、<p>　　硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1可靠性概念4</b></p><p><b>　　1.1失效率4</b></p><p><b>　　1.2可靠度5</b>&l

2、t;/p><p>　　1.3不可靠度6</p><p>　　1.4平均無故障時間6</p><p>　　1.5可靠性指標(biāo)間的關(guān)系6</p><p><b>　　2可靠性模型7</b></p><p>　　2.1串聯(lián)系統(tǒng)7</p><p>　　2.2并聯(lián)系統(tǒng)

3、9</p><p>　　2.3混合系統(tǒng)11</p><p>　　2.4提高可靠性的方法12</p><p>　　3可靠性設(shè)計方法12</p><p>　　3.1元器件12</p><p>　　3.2降額設(shè)計13</p><p>　　3.3冗余設(shè)計14</p>

4、<p>　　3.4電磁兼容設(shè)計15</p><p>　　3.5故障自動檢測與診斷15</p><p>　　3.6軟件可靠性技術(shù)15</p><p>　　3.7失效保險技術(shù)15</p><p>　　3.8熱設(shè)計16</p><p>　　3.9EMC設(shè)計16</p>&l

5、t;p>　　3.10可靠性指標(biāo)分配原則17</p><p>　　4常用器件的可靠性及選擇19</p><p>　　4.1元器件失效特性19</p><p>　　4.2元器件失效機理21</p><p>　　4.3元器件選擇23</p><p><b>　　4.4電阻23</

6、b></p><p><b>　　4.5電容26</b></p><p>　　4.6二極管30</p><p>　　4.7光耦合器31</p><p>　　4.8集成電路32</p><p><b>　　5電路設(shè)計38</b></p>

7、<p>　　5.1電流倒灌38</p><p>　　5.2熱插拔設(shè)計40</p><p>　　5.3過流保護41</p><p>　　5.4反射波干擾42</p><p>　　5.5電源干擾49</p><p>　　5.6靜電干擾51</p><p>　　5.7

8、上電復(fù)位52</p><p>　　5.8時鐘信號的驅(qū)動53</p><p>　　5.9時鐘信號的匹配方法55</p><p>　　6PCB設(shè)計59</p><p><b>　　6.1布線59</b></p><p>　　6.2去耦電容61</p><p&

9、gt;　　7系統(tǒng)可靠性測試62</p><p>　　7.1環(huán)境適應(yīng)性測試62</p><p>　　7.2EMC測試62</p><p>　　7.3其它測試63</p><p><b>　　8參考資料63</b></p><p><b>　　9附錄64</b&

10、gt;</p><p><b>　　可靠性概念</b></p><p>　　系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，影響系統(tǒng)可靠、安全運行的主要因素來自于系統(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、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)品活動的方方面面，包括元器件采購、檢驗、設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、工程安裝、維護等各個環(huán)節(jié)。</p><

11、p>　　在電子產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品可靠性的一個很重要的因素是干擾問題，所以提高系統(tǒng)的抗干擾能力是產(chǎn)品設(shè)計過程中考慮的重要課題。</p><p>　　干擾對系統(tǒng)造成的后果主要表現(xiàn)在以下幾方面：</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集錯誤</b></p><p><b>　　控制狀態(tài)改變</b></p><

12、p><b>　　程序運行失常</b></p><p><b>　　系統(tǒng)運行不穩(wěn)定</b></p><p>　　可靠性是描述系統(tǒng)長期穩(wěn)定、正常運行能力的一個通用概念，也是產(chǎn)品質(zhì)量在時間方面的特征表示?？煽啃杂质且粋€統(tǒng)計的概念，表示在某一時間內(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。</p><p>　　可靠性的定義是

13、指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。例如，一臺計算機在室內(nèi)有空調(diào)的條件下，使用3000小時不出故障的可能性為70％，即意味著在3000小時內(nèi)無故障的概率為70%?？煽啃宰罴蟹从沉四钞a(chǎn)品或系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　描述可靠性的定量指標(biāo)有可靠度、失效率、平均無故障時間等。</p><p><b>　　失效率</b></p>

14、<p>　　失效率又稱為故障率，指工作到某一時刻尚未失效的產(chǎn)品或系統(tǒng)在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。</p><p>　　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)。這是因為經(jīng)過老化篩選后的電子元器件、集成電路芯片已進入偶發(fā)故障期。在這一時期內(nèi)，它們的故障是隨機均勻分布的，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

15、總是比電子元器件、集成電路芯片先進入損耗故障期。</p><p><b>　　可靠度</b></p><p>　　可靠度是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。規(guī)定的條件包括運行的環(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。它是時間的函數(shù)，故也記為R（t）,稱為可靠度函數(shù)。</p><p>　　如果用隨機變量T

16、表示產(chǎn)品從開始工作到發(fā)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(chǎn)品在該時刻的可靠度</p><p>　　對于不可修復(fù)的產(chǎn)品，可靠度的觀測值是指直到規(guī)定的時間區(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)間開始時投入工作產(chǎn)品數(shù)之比，即式中:N——開始投入工作產(chǎn)品數(shù)Na（t）——到t時刻完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即殘存數(shù)Nf（t）——到t時刻未完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即失效數(shù)。&

17、lt;/p><p><b>　　不可靠度</b></p><p>　　不可靠度也稱為累積失效概率：是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(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）。</p><p>　　因為完成規(guī)定功能與未完成規(guī)定功能是對立事件，按概率互補定理可得F（t）=1-R（t）</p><p>　　對于不

18、可修復(fù)產(chǎn)品和可修復(fù)產(chǎn)品累積失效概率的觀測值都可按概率互補定理，取</p><p><b>　　平均無故障時間</b></p><p>　　產(chǎn)品的平均無故障時間又稱為平均壽命，是產(chǎn)品壽命的平均值。對于可修復(fù)的產(chǎn)品，指“產(chǎn)品在其使用壽命期內(nèi)某個觀察期間累積工作時間與故障次數(shù)之比”。對于不可修復(fù)的產(chǎn)品，指“當(dāng)所有試驗樣品都觀測到壽命終了的實際值時，平均壽命是它們的算數(shù)平均值

19、；當(dāng)不是所有試驗樣品都觀測到壽命終了的截尾試驗時，平均壽命是試驗樣品累積試驗時間與失效數(shù)之比”。</p><p><b>　　可靠性指標(biāo)間的關(guān)系</b></p><p>　　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（t）和失效率λ（t）是四個基本函數(shù),只要知道其中一個,則所有變量均可求得.基本函數(shù)間的關(guān)系見下表。</p>

20、<p>　　關(guān)于MTBF計算的例子見附錄文件SLCAV320MTBF.pdf</p><p><b>　　可靠性模型</b></p><p>　　一個復(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高可靠性的系統(tǒng)對產(chǎn)品設(shè)計是很有意義的。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)使用條件下的可靠性，另一方面還要知道這些基本元器

21、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。</p><p>　　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、或通過試驗獲得、或通過實際觀察的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或經(jīng)驗得到?；驹骷?、部件的可靠性對系統(tǒng)的影響，可以通過幾種可靠性模型獲得。</p><p>　　構(gòu)造系統(tǒng)的可靠性模型時，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)的工作原理進行連

22、接，各部分之間的關(guān)系是確定的，其位置不能變動，而系統(tǒng)的可靠性框圖是根據(jù)各組成部分的故障對系統(tǒng)的影響來構(gòu)成的，其位置在何處是沒有關(guān)系的。</p><p><b>　　串聯(lián)系統(tǒng)</b></p><p>　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)是由幾個功能器件（部件）組成，其中任何一個器件（部件）失效，都將引起整個系統(tǒng)失效。</p><p>　　圖xxx和圖xxx中的a表

23、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，兩者有時是不相同的。</p><p>　　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，因為任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，則整個電路將不發(fā)生諧振。</p><p>　　對于串聯(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，如果部件中的每個元件的

24、失效率都將組成部件的失效，那么這個部件就成為由一系列元件組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。這個部件的失效率為各元件失效率的代數(shù)和。</p><p>　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)是一種無冗余結(jié)構(gòu)，特點是構(gòu)造簡單。</p><p>　　串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為：</p><p>　　上圖所示為n個具有相同可靠度的單元構(gòu)成的系統(tǒng)的可靠度與每個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

25、隨之減小。</p><p><b>　　并聯(lián)系統(tǒng)</b></p><p>　　并聯(lián)形式的可靠性結(jié)構(gòu)是有冗余的，它是指系統(tǒng)由幾個部件構(gòu)成，只要其中至少有一個部件工作正常，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)。</p><p>　　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(tǒng)，兩個電源模塊的工作形式為輸出

26、并聯(lián)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(lián)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　若系統(tǒng)中有n個部件，構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)的可靠度為：</p><p><b>　　i＝1，2，…，n</b></p><p>　　系統(tǒng)的平均無故障時間為：</p><p>　　下圖是n個相同單元并聯(lián)構(gòu)成的

27、系統(tǒng)的可靠度與每個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。</p><p><b>　　混合系統(tǒng)</b></p><p>　　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，然后再對整個系統(tǒng)按串聯(lián)模型進行計算。</p><p&

28、gt;　　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，然后再對整個系統(tǒng)按并聯(lián)模型進行計算。</p><p><b>　　提高可靠性的方法</b></p><p>　　提高系統(tǒng)可靠性的途徑有兩個：錯誤避免和容錯設(shè)計。</p><p>　　錯誤避免即通過使用更高質(zhì)量、更高可靠性的元器件、部件來提高系統(tǒng)的可靠性，其實現(xiàn)成本比容錯設(shè)計低。<

29、;/p><p>　　容錯設(shè)計主要是通過部件的冗余來實現(xiàn)，即通過增加設(shè)計的復(fù)雜性，增加冗余單元，同時也就增加成本的方法達到提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　　可靠性設(shè)計方法</b></p><p><b>　　元器件</b></p><p>　　元件、器件是構(gòu)成系統(tǒng)的基本部件，元器件的性能與可

30、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)廠家來保證的。作為設(shè)計與使用者，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)計的要求。</p><p>　　把握元器件的選型、購買、運輸、儲存</p><p>　　元器件的質(zhì)量主要由生產(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，盡量避免在同一臺設(shè)備中使用不同廠家的同一型號

31、的元器件。</p><p>　　元器件的運輸、儲存要按相關(guān)要求進行，對于存放時間較長的元器件，在使用前需要仔細(xì)檢測。</p><p><b>　　老化、篩選、測試</b></p><p>　　元器件的老化測試一般在生產(chǎn)前進行，在此階段淘汰那些質(zhì)量不佳的產(chǎn)</p><p>　　品。老化處理的時間長短與所用元件量、型號、可靠

32、性要求有關(guān)，一般為24小時或48小時。老化時所施加的電氣應(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110％～120％。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。</p><p><b>　　降額設(shè)計</b></p><p>　　降額設(shè)計是使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值，從而達到降低基本故障率，保證系統(tǒng)可靠性的目的。降額設(shè)計是

33、電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計中的最常用的方法。</p><p>　　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，有的是振動等等。</p><p>　　對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、運放、驅(qū)動器、門電路等器件的結(jié)電流、結(jié)溫或扇出系數(shù)，電源的開關(guān)和主供電源線纜的耐電壓/電流和耐溫性能，信號線纜的頻率特性

34、，還有散熱器、接插件、模塊電源等器件的使用要求進行降額設(shè)計。通常，根據(jù)降額幅度的大小可分為一、二、三級降額，一級降額（(實際承受應(yīng)力)/(器件額定應(yīng)力) < 50%的降額）在技術(shù)設(shè)計上最容易實現(xiàn)，降額的效果也最好，但存在成本過高的問題；二級降額（70%左右的降額）在技術(shù)設(shè)計上也比較容易實現(xiàn)，降額的效果也很好，并且成本適中；三級降額在技術(shù)實現(xiàn)上要仔細(xì)推敲，必要時要通過系統(tǒng)設(shè)計采取一些補償措施，才能保證降額效果的實現(xiàn)，有一定難度，但

35、三級降額的成本最低。一般說來，建議使用二級降額設(shè)計方法，在保證降額設(shè)計取得良好效果的同時，技術(shù)實現(xiàn)難度和成本都適中。對于涉及到頻率特性的器件的降額要謹(jǐn)慎處理。</p><p><b>　　冗余設(shè)計</b></p><p>　　冗余技術(shù)也稱為容錯技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，它是通過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)目來提高系統(tǒng)可靠性地一種設(shè)計方法。如在

36、電路設(shè)計中，對那些容易產(chǎn)生短路故障的單元，以串聯(lián)形式復(fù)制；對那些容易產(chǎn)生開路故障的單元，以并聯(lián)形式復(fù)制。</p><p>　　冗余設(shè)計并非適用于所有的場合，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，還需注意，某些冗余技術(shù)的采用需增加若干故障檢測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，才能發(fā)揮冗余技術(shù)的優(yōu)越性。冗余設(shè)計的主要任務(wù)是： 1）確定冗余等級； 2）選

37、定冗余類型； 3）確定冗余配置方案； 4）確定冗余管理方案。</p><p>　　冗余技術(shù)主要包括硬件冗余、軟件冗余、信息冗余、時間冗余等。</p><p><b>　　硬件冗余</b></p><p>　　硬件冗余是采用增加硬件的方式來實現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，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、功能單元級、

38、部件級和系統(tǒng)級都可以采用硬件冗余結(jié)構(gòu)。如交換機系統(tǒng)中的處理機系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)等就是采用的硬件冗余結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　軟件冗余</b></p><p>　　實現(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</p><p><b>　　狗技術(shù)等。</b></p><p>&l

39、t;b>　　信息冗余</b></p><p>　　對于重要的文件或數(shù)據(jù)復(fù)制一份或多份，并存儲于不同的空間，當(dāng)某一區(qū)間或某一備份被破壞后，自動從其它部分重新復(fù)制，使文件或數(shù)據(jù)得以恢復(fù)。</p><p><b>　　時間冗余</b></p><p>　　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)果進行比較來確認(rèn)系統(tǒng)工作是

40、否正常。這種方法是以時間為代價換取可靠性，稱為時間冗余技術(shù)或重復(fù)檢測技術(shù)。在實際應(yīng)用中可以采用三中取二或五中取三等方式。</p><p><b>　　電磁兼容設(shè)計</b></p><p>　　電磁兼容性是指系統(tǒng)在電磁環(huán)境中運行的適應(yīng)性，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)計的目的是使系統(tǒng)既不受外部電磁干擾的影響，也不對其它電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。<

41、/p><p>　　抗電磁干擾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、程序運行監(jiān)視及故障自動恢復(fù)技術(shù)等。</p><p><b>　　故障自動檢測與診斷</b></p><p>　　為了判定系統(tǒng)是否工作正常或某項功能是否正常、及時指出故障部位，縮短維修時間，可以有計劃地對系統(tǒng)進行在線測試和診斷，以便

42、及時排除故障，縮小故障帶來的影響。</p><p><b>　　軟件可靠性技術(shù)</b></p><p>　　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)雜的問題化成若干較為簡單明確的小任務(wù)。把一個大程序分成若干獨立的小模塊，有助于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不合理部分，而且檢查和測試幾個小模塊要比檢查和測試大程序方便的多。</p><p

43、><b>　　失效保險技術(shù)</b></p><p>　　有些重要的系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，希望整個系統(tǒng)處于安全或保險狀態(tài)。如交換機系統(tǒng)的各功能電路板的電源設(shè)計，當(dāng)某塊電路板由于某種原因過流時，希望不影響同一機框內(nèi)其它電路板的使用，通常在功能電路板內(nèi)采取過流保護措施，使其電源與機框脫離。</p><p><b>　　熱設(shè)計</b></p&g

44、t;<p>　　確定產(chǎn)品的運行環(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。一般說來，元器件工作時的溫度上升與環(huán)境溫度沒有關(guān)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(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)?shù)娜哂喽?，設(shè)備內(nèi)部及元器件的溫升設(shè)計指標(biāo)定在15℃左右比較合適。在硬件單板設(shè)計時，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

45、漂移、變形、流液、老化等），布PCB板時要對易發(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合適的距離，必要時要從系統(tǒng)的角度考慮采取補償措施。系統(tǒng)或子系統(tǒng)通過自然散熱（通風(fēng)、對流等）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，需要采取強迫制冷措施。</p><p><b>　　EMC設(shè)計</b></p><p>　　電磁兼容（EMC）包括電磁

46、干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）兩個方面。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該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。</p><p>　　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，各種干擾源的機理和特性，各種干擾參數(shù)的計算和測試，各種結(jié)構(gòu)的屏蔽效果，各種防護方法、測試方法、標(biāo)準(zhǔn)等等。對應(yīng)設(shè)計的方法也有多種，如：防靜電設(shè)計、防雷設(shè)計、防地電位升設(shè)計等等

47、；一般從以下方面考慮，以保證產(chǎn)品的EMC特性：</p><p>　　1、靜電放電的防護。首先要阻止電流直接進入電子線路，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上。對內(nèi)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。</p><p>　　2、屏蔽。采用屏蔽的目的有兩個：一是限

48、制內(nèi)部的輻射電磁能越過某一區(qū)域；二是防止外來的輻射進入某一區(qū)域。主要對電場、電磁場、磁場進行屏蔽（現(xiàn)實對磁場的屏蔽更難）。</p><p>　　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，即安全接地與信號接地。接地時應(yīng)該注意：接地線愈短愈好、接地面應(yīng)具有高傳導(dǎo)性、切忌雙股電纜分開安裝、低頻宜采用單點接地系統(tǒng)、高頻應(yīng)采用多點接地系統(tǒng)、去除接地環(huán)路；</p><p>　　4

49、、濾波。實際工作中，無法完全做好接地與屏蔽的工作。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(xiàn)。在實際使用中，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)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI測試后才能有滿意的結(jié)果。</p><p><b>　　可靠性指標(biāo)分配原則</b></p><p>

50、　　通常分配可靠性指標(biāo)應(yīng)考慮下列原則：</p><p><b>　　技術(shù)水平</b></p><p>　　對技術(shù)成熟的單元，能夠保證實現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時可靠性可有把握地增長到較高水平，則可分配給較高的可靠度。</p><p><b>　　復(fù)雜程度</b></p><p>　　對較簡單的

51、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。</p><p><b>　　重要程度</b></p><p>　　對重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，或該單元失效常會導(dǎo)致全系統(tǒng)失效，則應(yīng)分配給較高的可靠度。</p><p><b>　　任務(wù)情況</b></p>

52、<p>　　對整個任務(wù)時間內(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</p><p>　　單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。</p><p>　　此外，一般還要受費用、重量、尺寸等條件的約束?？傊罱K都是力求以</p><p>　　最小的代價來達到系統(tǒng)可靠性的要求。可靠性指標(biāo)分配方法有：等分配法、再分配法、比例分配法、綜合評分分配</p>

53、;<p>　　法、動態(tài)規(guī)劃分配法等。</p><p>　　例如：某公司采用如下的綜合評分分配法為其產(chǎn)品分配可靠性指標(biāo)：</p><p>　　由于缺乏產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)，所以請熟悉產(chǎn)品、有工程實際經(jīng)驗的專家，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）進行評分（每一種因素的分值在1~10之間，難度越高評分越高），然后根據(jù)評分的結(jié)果給各分系統(tǒng)或部件分

54、配可靠性指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)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：</p><p>　　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）；</p><p>　?。?）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1

55、440；最后四部分總分為：7476；紫紅色字跡部份。</p><p>　?。?）對A部份而言，評分系數(shù)為3456/7476＝0.46；B的評分系數(shù)為1680/7476＝0.22；C的評分系數(shù)為0.12；D的評分系數(shù)為0.19；淺紫色部份。</p><p>　　（4）對整個系統(tǒng)而言，失效率為1/500＝0.002；</p><p>　　所以分配給A的失效率為：0.46

56、*0.002＝0.0009，對應(yīng)的MTBF為1081.6H；</p><p>　　同理得B/C/D的失效率和MTBF，紅色字跡部份。</p><p>　　常用器件的可靠性及選擇</p><p>　　元件的可靠性主要包括以下幾個方面：失效特征、失效機理、抗干擾特性、元件的選用方法、安裝工藝以及環(huán)境對元件性能的影響等方面。</p><p><

57、;b>　　元器件失效特性</b></p><p><b>　　失效率</b></p><p>　　失效率是工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ,它也是時間t的函數(shù),故也記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險函數(shù).</p><p>　　按上述定義,失效率是在時刻t尚未失效產(chǎn)

58、品在t+△t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率.即</p><p>　　它反映t時刻失效的速率,也稱為瞬時失效率.</p><p>　　失效率的觀測值是在某時刻后單位時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比,即</p><p><b>　　失效規(guī)律</b></p><p>　　產(chǎn)品的失效規(guī)律如下圖所示，其失效

59、率隨時間變化可分為三段時期，即早期失效期、穩(wěn)定工作期和衰老期。</p><p>　　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、制造、貯存、運輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、焊接、安裝不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。?dāng)這些所謂先天不良的失效結(jié)束后運轉(zhuǎn)也逐漸正常，則失效率就趨于穩(wěn)定，到t0時失效率曲線已開始變平。t0以前稱為早期失效期。針對早期失效期的失效原因，應(yīng)該

60、對元件進行篩選、嚴(yán)格安裝工藝、設(shè)備老化處理后再投入運行，爭取失效率低且t0短。</p><p>　　穩(wěn)定工作期也稱正常工作壽命期。失效率曲線在這一時期幾乎為恒定值，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期，這段時間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應(yīng)

61、注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護。</p><p>　　衰老期也稱為損耗期。失效率曲線是遞增型，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，針對耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測耗損開始的時間，提前維修，使失效率仍不上升。</p><p><b>　　失效形式</b></p><p>

62、　　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。</p><p>　　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)致斷路或開路所造成。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(zhì)擊穿造成短路等。</p><p>　　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、工藝不良等因素使元件參數(shù)逐漸變差，性能逐漸降低

63、形成。</p><p>　　局部失效：退化失效常使系統(tǒng)局部功能失效，稱為局部失效。</p><p>　　全局失效：突然失效會使整個系統(tǒng)失效，稱為全局失效。</p><p>　　fit表示10－9/h</p><p><b>　　元器件失效機理</b></p><p>　　元件的失效直接受濕度、溫度

64、、電壓、機械等因素的影響。</p><p><b>　　溫度影響：</b></p><p>　　環(huán)境溫度是導(dǎo)致元件失效的重要因素。</p><p>　　溫度變化對半導(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)對溫度的變化很敏感，當(dāng)P-N結(jié)反向偏置時，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：</p><

65、;p>　　式中：ICQ―――溫度T0C時的反向漏電流</p><p>　　ICQR――溫度TR℃ 時的反向漏電流</p><p>　　T－TR――溫度變化的絕對值</p><p>　　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發(fā)生漂移、晶體管電流放大系數(shù)發(fā)生變化、特性曲線發(fā)生變化，動態(tài)范圍變小。</p>&l

66、t;p>　　溫度與允許功耗的關(guān)系如下：</p><p>　　式中：PCM―――最大允許功耗</p><p>　　TjM―――最高允許結(jié)溫</p><p>　　T――――使用環(huán)境溫度</p><p><b>　　RT―――熱阻</b></p><p>　　由上式可以看出，溫度的升高將使晶體管的

67、最大允許功耗下降。</p><p>　　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，P-N結(jié)的正向壓降減小，其開門和關(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。<

68、;/p><p>　　溫度變化對電阻的影響</p><p>　　溫度變化對電阻的影響主要是溫度升高時，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，允許的耗散概率僅為標(biāo)稱值的20％。</p><p>　　但我們也可以利用電阻的這一特性，比如，有經(jīng)過特殊設(shè)計的一類電阻：PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻）和NTC（負(fù)溫度系數(shù)

69、熱敏電阻），它們的阻值受溫度的影響很大。</p><p>　　對于PTC，當(dāng)其溫度升高到某一閥值時，其電阻值會急劇增大。利用這一特性，可將其用在電路板的過流保護電路中，當(dāng)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。而故障排除后，通過它的電流減小，PTC的溫度恢復(fù)正常，同時，其電阻值也恢復(fù)到其正常值。</p><p

70、>　　對于NTC，它的特點是其電阻值隨溫度的升高而減小。</p><p>　　溫度變化對電容的影響</p><p>　　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，電容器的壽命就降低50％，同時還引起阻容時間常數(shù)變化，甚至發(fā)生因介質(zhì)損耗過大而熱擊穿的情況。</p><p>　　此外，溫度升高也將使電感線圈、變壓器、扼流圈等的絕緣

71、性能下降。</p><p><b>　　濕度影響：</b></p><p>　　濕度過高，當(dāng)含有酸堿性的灰塵落到電路板上時，將腐蝕元器件的焊點與接線處，造成焊點脫落，接頭斷裂。</p><p>　　濕度過高也是引起漏電耦合的主要原因。</p><p>　　而濕度過低又容易產(chǎn)生靜電，所以環(huán)境的濕度應(yīng)控制在合理的水平。<

72、;/p><p><b>　　電壓影響：</b></p><p>　　施加在元器件上的電壓穩(wěn)定性是保證元器件正常工作的重要條件。過高的電壓會增加元器件的熱損耗，甚至造成電擊穿。對于電容器而言，其失效率正比于電容電壓的5次冪。對于集成電路而言，超過其最大允許電壓值的電壓將造成器件的直接損壞。</p><p><b>　　振動、沖擊影響：<

73、;/b></p><p>　　機械振動與沖擊會使一些內(nèi)部有缺陷的元件加速失效，造成災(zāi)難性故障，機械振動還會使焊點、壓線點發(fā)生松動，導(dǎo)致接觸不良；若振動導(dǎo)致導(dǎo)線不應(yīng)有的碰連，會產(chǎn)生一些意象不到的后果。</p><p><b>　　元器件選擇</b></p><p>　　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)動能力、

74、頻率特性等；</p><p>　　滿足可靠性要求，考慮在開路、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；</p><p>　　選用經(jīng)實踐檢驗證明性能優(yōu)良的定型元器件；</p><p>　　盡量減少元器件品種、型號，以保證制造、安裝及后期維護方便；</p><p>　　盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元器件，確保元器件的可替換性；<

75、/p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計時考慮工作環(huán)境溫度、濕度、振動、沖擊等條件；</p><p>　　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</p><p><b>　　電阻</b></p><p><b>　　電阻分類：</b></p><p>　　碳膜電阻：氣態(tài)碳?xì)浠?/p>

76、物在高溫和真空中分解，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度，可以得到不同的阻值。碳膜電阻成本較低，性能一般。</p><p>　　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?？滩酆透淖兘饘倌ず穸瓤梢钥刂谱柚?。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。</p><p>　　碳質(zhì)電阻：把碳黑、樹脂、粘土

77、等混合物壓制后經(jīng)過熱處理制成。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。</p><p>　　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。它的特點是工作穩(wěn)定，耐熱性能好，誤差范圍小，適用于大功率的場合，額定功率一般在1瓦以上。</p><p>　　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

78、和中間觸頭位置的關(guān)系有直線式、對數(shù)式和指數(shù)式三種。碳膜電位器有大型、小型、微型幾種，有的和開關(guān)一起組成帶開關(guān)電位器。</p><p>　　線繞電位器：用電阻絲在環(huán)狀骨架上繞制成。它的特點是阻值范圍小，功率較大。</p><p><b>　　標(biāo)稱阻值和允許誤差</b></p><p>　　E-24 允差±5%</p>&

79、lt;p>　　E-96 允差±1%</p><p><b>　　電阻的額定功率</b></p><p>　　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。</p><p>　　電阻的噪聲與頻率特性</p><p>　　電阻通電后，都出現(xiàn)不同程度的噪聲電壓，兩個引

80、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。</p><p>　　電阻的噪聲電壓用下式表示：</p><p>　　式中：k――波耳茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；</p><p>　　T――熱力學(xué)溫度/K；</p><p>　　B――噪聲帶寬/Hz；</p><p>

81、<b>　　R――電阻值/Ω；</b></p><p>　　交流電通過電阻時，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0.2～0.5pF；包括引線電感在內(nèi)，剩余電感Ls為10～30nH。</p><p><b>　　電阻的頻率特性為：</b></p><p>　　一個

82、1/8W的金屬膜電阻其Cd≈0.25pF，Ls≈20nH，所以阻值在280Ω左右的電阻有最好的頻率特性。</p><p><b>　　電阻的失效模式</b></p><p>　　參數(shù)漂移、短路、開路、接觸不良；</p><p>　　各種電阻的失效率如下表所示：</p><p><b>　　電阻使用的注意事項&l

83、t;/b></p><p>　　降額使用：由于電阻在使用時要產(chǎn)生熱量，這不僅影響周邊器件，而且其本身的阻值也會發(fā)生改變，因此，電阻在使用時，實際負(fù)載功率要低于額定功率的30％，在精度要求很高的場合，應(yīng)低于50％。</p><p>　　脈沖負(fù)載時電阻的功率降額使用：電阻在脈沖電壓下工作時的平均功率可表示為：</p><p>　　式中：V――脈沖峰值電壓；<

84、/p><p><b>　　R――電阻阻值；</b></p><p>　　f――頻率（Hz）；</p><p>　　て――脈沖寬度（s）。</p><p>　　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(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。</p><

85、p>　　降低額定電壓使用：最好用到最高允許電壓的50％或者更低。</p><p><b>　　電容</b></p><p><b>　　電容的種類和特性：</b></p><p><b>　　標(biāo)稱值和允許誤差</b></p><p><b>　　允許誤差：<

86、;/b></p><p><b>　　標(biāo)稱值：</b></p><p><b>　　耐壓值</b></p><p>　　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電容的直流工作電壓值。</p><p>　　常用固定電容的直流工作電

87、壓系列如下所示，其中有*的的數(shù)值，只限電解電容用。單位：V</p><p><b>　　絕緣電阻</b></p><p>　　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。電容漏電會引起能量損耗，這種損耗不僅影響電容的壽命，而且會影響電路的工作。因此，漏電電阻越大越好。一般在1000兆歐以上。</p><p>&l

88、t;b>　　等效電路</b></p><p><b>　　失效模式</b></p><p>　　電容器的使用注意事項</p><p>　　耐壓：實際使用電壓應(yīng)比額定電壓低20％～30％</p><p>　　環(huán)境溫度：溫度過高會使電容器很快老化、干枯，安裝時不要把大功率器件放在電容器傍邊。</p&g

89、t;<p><b>　　注意電解電容的極性</b></p><p>　　電容器噪聲：電容器也會產(chǎn)生噪聲，特別是用在微小信號的處理電路中，由于電容漏電或溫度變化產(chǎn)生噪聲。</p><p><b>　　二極管</b></p><p><b>　　二極管的種類</b></p>&

90、lt;p>　　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）。</p><p>　　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、開關(guān)二極管等。</p><p>　　按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。</p><p>　　另外還有發(fā)光二極管等</p><p><b&

91、gt;　　二極管的伏安特性</b></p><p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p>　　額定正向工作電流：是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140℃左右，鍺管為90℃左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如，常用的

92、IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。</p><p>　　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?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。</p><p>　　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，流過二極管的反向電流

93、。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，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25℃時反向電流僅為5uA，溫度升高到75℃時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極

94、管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。</p><p>　　最高工作頻率f：二極管能承受的最高頻率。通過P－N結(jié)交流電頻率高于此值，二極管則不能正常工作。</p><p><b>　　穩(wěn)壓管：</b></p><p>　　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)。</p><p>

95、　　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= Uz·Izmax）</p><p><b>　　光耦合器</b></p><p>　　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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測

96、器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。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，電信號傳輸具有單向性等特點，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，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。</p><p><b>　　類型：</b></p

97、><p>　　通用型（又分無基極引線和基極引線兩種）、達林頓型、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）、光敏場效應(yīng)管型等</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　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、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-

98、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)以及上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等。</p><p>　　在實際應(yīng)用中最重要的參數(shù)是電流傳輸比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。</p><p><b>　　集成電路</

99、b></p><p>　　在用集成電路進行設(shè)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。</p><p><b>　　噪聲容限：</b></p><p><b>　　定義</b></p><p>　　不同系列的集成電路，其噪聲容限也不相同，如下圖所示：&l

100、t;/p><p>　　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；</p><p>　　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；</p><p>　　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；</p><p><b>　　門限電壓：</b><

101、/p><p><b>　　輸入、輸出電容：</b></p><p>　　使用CMOS系列器件的注意事項</p><p>　　CMOS器件是電壓控制型器件，其輸入阻抗極大，對干擾信號十分敏感，因此不用的輸入端不應(yīng)開路?？梢愿鶕?jù)使用時的具體情況，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亍Ｈ绻斎胍_懸空，在輸入引腳上很容易積累電荷

102、，產(chǎn)生較大地靜電電壓。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(qū)域，使得反相器上、下兩個場效應(yīng)管均導(dǎo)通，使電路功耗增加，甚至損壞。</p><p>　　輸入信號幅度應(yīng)當(dāng)在供電電壓范圍內(nèi)，若輸入信號幅度超過供電電壓，則容易使輸入電流過大，損壞輸入端保護二極管；同時過大得輸入信號還容易觸發(fā)寄生可控硅現(xiàn)象造成電流損壞。</p><p>

103、　　CMOS電流得驅(qū)動能力不大，因此驅(qū)動TTL電路的扇出系數(shù)不大。但其輸入電阻很大，輸入電流僅幾個微安，在不考慮其輸入寄生電容得情況下，CMOS對CMOS的扇出系數(shù)可達50以上。</p><p><b>　　焊接時需要防靜電</b></p><p>　　輸出端所驅(qū)動的電容負(fù)載應(yīng)不大于500pF，否則輸出級功率過大會損壞電路。</p><p>　

104、　使用74HC、74LS系列器件的注意事項：</p><p>　　74HC系列器件的工作電壓為2～6V；74LS系列器件的工作電壓為4.75～5.25V;</p><p>　　74HC系列器件可以直接驅(qū)動74LS系列器件，而74LS系列器件不能直接驅(qū)動74HC系列器件。但74HCT系列器件可以。</p><p>　　應(yīng)極力抑制電源線、地線地高頻噪聲，確保每個74HC

105、系列芯片的電源與地間有一個0.01~0.1uF的旁路電容。</p><p>　　74HC系列器件的輸入信號的上升沿及下降沿不要超過額定值（500nS）。因為大部分74HC器件都帶有緩沖器，在電路閥值附件的增益非常高，在輸入較寬的信號時可能引起輸出振蕩和時序電路的誤動作。</p><p>　　74HC器件不用的輸入引腳不能懸空。在總線方式時如8031的P0口，應(yīng)加負(fù)載處理。</p>

106、;<p>　　74LS器件不用的輸入引腳可以懸空，此時被認(rèn)為是高電平。</p><p>　　74HC與TTL接口</p><p>　　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，因此需要進行電平轉(zhuǎn)換。用74LS驅(qū)動74HC時加上拉電阻是一種選擇。如下圖所示：</p><p&g

107、t;　　上拉電阻使用下式計算：</p><p>　　式中IOH（74LS）為輸出高電平時的泄漏電流</p><p>　　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，速度也不低，故是一種有效的方法。</p><p>　　反之，74HC驅(qū)動74LS時，由于電壓電平不存在問題，因此決

108、定扇出數(shù)的是74HC低電平的驅(qū)動能力。</p><p><b>　　驅(qū)動能力：</b></p><p>　　由前級器件的低電平輸出電流、后級器件的低電平輸入電流，前級器件的高電平輸出電流、后級器件的高電平輸入電流可求出前級器件的扇出數(shù)。（對于大多數(shù)TTL器件而言，其高電平輸入電流為100uA）。</p><p>　　74HC器件可以驅(qū)動10個7

109、4LS器件；</p><p>　　74LS器件也可以驅(qū)動10個74LS器件；</p><p>　　集電極開路或漏極開路輸出門電路</p><p>　　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（漏級開路原理相同），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)計時不接Rc，任其集電極開路，則該電路不

110、具備正常的邏輯功能（特別是當(dāng)其負(fù)載為CMOS器件時）。</p><p>　　OC門的最大特點是具有線與功能。幾個OC門共用一個Rc（輸出端并接在一起），其輸出為各個OC門輸出之積（線與）。</p><p>　　Rc值的選取與OC門輸出級的漏電流大小以及OC門輸出級的電容和負(fù)載電容有關(guān)。</p><p>　　如果僅考慮與負(fù)載的電平配合，Rc可按下式選擇：</p&

111、gt;<p>　　Rc≥（Vcc－Vil）/nIoc</p><p>　　式中：Vil――后級器件的輸入低電平電壓；</p><p>　　n――線與的OC門數(shù)量；</p><p>　　Ioc――OC門輸出級漏電流；</p><p>　　如果考慮輸出信號的上升時間及下降時間，還需要根據(jù)OC門輸出級的電容和負(fù)載電容的大小及上升時間、

112、下降時間限制來確定Rc。</p><p><b>　　電路設(shè)計</b></p><p>　　下面主要就系統(tǒng)設(shè)計中影響可靠性的一些需要注意的問題進行討論，實際設(shè)計時面臨的問題、考慮的因素比這里列出的多得多。</p><p><b>　　電流倒灌</b></p><p>　　集成電路的典型模型如下：&l

113、t;/p><p>　　D1在大多數(shù)CMOS集成電路中起著防靜電功能.同時輔助起著輸入端限幅作用。但是在ABT,LVT,LVC和AHC/AHCT類集成電路中無此二極管。</p><p>　　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),其輔助功能為對線路反射的下沖信號進行限幅，提供一些放電保護功能。</p><p>　　D3用于保護CMOS電路在放電時的干

114、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。在集電極開路和三態(tài)輸出的雙極性器件中無此二極管。</p><p>　　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肖特基二極管對線路反射的下沖信號進行限幅。在CMOS電路中附加了二極管以增加防靜電功能。</p><p>　　電流倒灌產(chǎn)生的原因：</p><p>

115、　　當(dāng)使用CMOS型器件作為接口芯片在如下圖所示的電路中使用時，如果Vcc2斷電，Vcc1繼續(xù)供給G1，G1的高電平輸出電流將通過D1向Vcc2上的電容充電（該充電電流將使D1迅速過載并使其損壞。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。</p><p><b>　　解決措施：</b></p>

116、;<p>　　如圖（a）：在信號線上加一個幾歐姆的限流電阻，可防止過流損壞二極管D1，但不能解決灌流在Vcc上建立電壓；</p><p>　　如圖（b）：在信號線上加二極管D3及上拉電阻R，D3用于阻斷灌流通路，R解決前級輸出高電平時使G1的輸入保持高電平。此方法即可解決灌流損壞二極管D1的問題，又可解決灌流在Vcc上建立電壓。缺點是二極管D3的加入降低了G1的低電平噪聲容限；</p>

117、<p>　　如圖（c）：在G1的電源上增加二極管D7。缺點是前級輸出高電平時，G1通過D1獲得電壓并從輸出高電平給后級電路。同時降低了G1的供電電壓，使其在正常使用時高電平輸出電壓降低。</p><p>　　最有效的解決方法是使用雙極型的器件（如LS器件，ABT器件）作為接口，由于雙極型器件沒有保護二極管D1存在，故不存在上述灌流通路。需要注意的是這時接口的輸入、輸出信號線上不能加上拉電阻（雙極型器件

118、輸入懸空當(dāng)高電平對待）。</p><p><b>　　熱插拔設(shè)計</b></p><p><b>　　熱插拔對電源的影響</b></p><p>　　電路板上電或熱插拔時會從電源拉出很大的啟動電流并導(dǎo)致電源電壓的波動，此現(xiàn)象控制不當(dāng)將影響系統(tǒng)中其它電路的正常使用，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)的損壞。</p><p&