提高电路系统可靠性的措施.doc

提高电路系统可靠性的措施 [摘 要] 随着科学技术的迅速发展，对产品可靠性提出越来越高的要求。电路系统是电器产品的最重要组成部分，其可靠性设计成为重要。针对电路系统，从简化电路设计，元器件降额使用，pcb板设计及软件设计几方面来阐述可靠设计的相关措施。 [关键词] 电路系统 可靠性 降额设计 [abstract] with the rapid development of science and technology, the requirements of product reliability is proposed higher and higher. the circuit system is the most important component of electrical products, its reliability design is important. for circuit system, the measures of reliability design are described, with simplified circuit design, component derating using, pcb board design , software design. [key words] circuit system reliability design of reducing rating 0.引言 随着科学技术的迅速发展，对产品的可靠性提出越来越高的要求。所谓可靠性是指“产品在规定的条件下和给定的时间内，完成规定功能的能力”。[1]它不但直接反映系统各组成部件的质量，而且还影响到整个系统质量性能的优劣。电路系统是电器产品的最重要组成部分，容易受到热、湿度、振动、电磁波等干扰的影响，其自身的组成元件也存在老化、失效等问题，进而影响到产品的正常运行。因此，电路系统的可靠性设计尤为重要。如何来提高电路系统的可靠性，本文通过简化电路设计，元器件降额使用，pcb板设计的可靠性措施、软件可靠性措施等方面来阐述。 1.简化电路设计 在保证系统性能要求的前提下，尽可能使系统结构简单化，具体的措施有： ①尽量用软件代替硬件功能，尽可能减少系统元件的数量及其相互间的联接。例如采用集成了a/d，pwm，flash和sram等必要功能的mcu芯片； ②尽量采用简单电路代替复杂电路，用集成电路代替分立元件电路； ③尽可能采用经过考验的可靠性有保证的元器件以及功能电路； ④尽可能采用模块化设计，其中包括硬件模块化设计和软件的模块化设计。 2.元器件降额使用 降额设计，主要是指构成仪器的元器件工作时所承受的工作应力(电应力和温度应力)适当低于元器件规定的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命、降低基本故障率，提高使用可靠性的目的。 通常元器件有一个最佳降额范围。在此范围内，元器件工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，电路的设计易于实现，且不必在设备的重量、体积、成本方面付出大的代价。但过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至有可能找不到满足设备或电路功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降。根据产品的不同用途及其重要性，一般降额设计分为三个等级。 a.ⅰ级降额 ⅰ级降额是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大。超过它的更大降额，通常对元器件可靠性的提高有限，且可能使设备设计难以实现。适用于下述情况：设备的失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏；无法或不宜维修；系统对设备的尺寸、重量有苛刻的限制。 b.ⅱ级降额 ⅱ级降额是中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善。ⅱ级降额在设计上较ⅰ级降额易于实现。用于下述情况：设备的失效将可能引起装备与保障设备的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。 c.ⅲ级降额 ⅲ级降额是最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果不如ⅰ级和ⅱ级降额，在设计上最易实现。适用于下述情况：设备的失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏；设备采用成熟的标准设计；故障设备可迅速、经济地加以修复；对设备的尺寸、重量无大的限制。[2] 对于失效率高、重要元器件一定要进行降额设计。下面列举集成电路、晶体管、二极管的降额设计。 2.1集成电路 集成电路芯片的电路单元很小，在导体断面上的电流密度很大，因此在有源结点上可能有很高的温度。高结温是对集成电路破坏性最大的应力。集成电路降额的主要目的在于降低高温集中部分的温度，降低由于器件的缺陷而可能诱发失效的工作应力，延长器件的工作寿命。 中、小规模集成电路降额的主要参数是电压、电流或功率，以及结