嵌入式系统可靠性设计技术及案例解析PDF电子书下载

第0章 可靠性设计方法论 1

0.1可靠性设计的目的 1

0.2可靠性设计的内容 1

0.2.1系统设计 2

0.2.2容差设计 3

0.2.3可靠性目标 3

0.2.4实现手段 3

第1章 可靠性技术的基础内容 5

1.1嵌入式系统失效率影响要素 6

1.1.1器件选型 6

1.1.2降额 7

1.1.3环境条件 8

1.1.4机械结构因子 8

1.1.5元器件的个数 10

1.2嵌入式系统失效率曲线 10

1.3嵌入式系统可靠性模型 12

1.4可靠性与RAMS 15

1.5工作环境条件的确定 15

1.6容差分析与精度分配方法 17

1.7过渡过程 20

1.8系统方案设计 21

1.8.1系统设计的内容 21

1.8.2系统设计分析方法（DFMEA） 22

1.9阻抗连续性 25

第2章 降额设计规范 28

2.1降额总则 29

2.1.1定义 29

2.1.2降额等级 29

2.2电阻降额 32

2.2.1定值电阻降额 34

2.2.2电位器降额 35

2.2.3热敏电阻降额 36

2.3电容降额 36

2.3.1固定电容器降额 38

2.3.2电解电容器降额 38

2.3.3可调电容器降额 39

2.4集成电路降额 39

2.4.1模拟集成电路降额 40

2.4.2数字电路降额 43

2.4.3混合集成电路降额 44

2.4.4大规模集成电路 45

2.4.5集成电路通用降额准则 45

2.5分立半导体元件降额 45

2.5.1晶体管 45

2.5.2微波晶体管 46

2.5.3二极管 46

2.5.4可控硅 48

2.5.5半导体光电器件 48

2.6电感降额 49

2.7继电器降额 50

2.8开关降额 51

2.9光纤器件降额 52

2.10连接器降额 53

2.11导线与电缆降额 53

2.12保险丝降额 54

2.13晶体降额 55

2.14电机降额 56

2.15补充规范 56

2.16器件选型与降额实例 57

第3章 嵌入式硬件系统热设计规范 58

3.1热设计基础 60

3.1.1热流密度 61

3.1.2热功率密度 62

3.1.3热阻 63

3.1.4对流换热系数 66

3.1.5散热方式选择 66

3.2自然冷却设计方法 67

3.2.1自然冷却散热计算 67

3.2.2散热片选型 68

3.2.3自然冷却热设计规范 70

3.3强迫风冷设计方法 72

3.3.1风冷散热计算 72

3.3.2风冷散热器件选型 74

3.3.3风冷设计规范 76

3.4热电致冷 77

3.5热测试技术 78

3.5.1热测试方法 78

3.5.2热测试要求 78

3.6其他散热方式 80

3.6.1液体致冷 80

3.6.2热管导热 80

3.6.3相变冷却 82

第4章 电子工艺设计规范 84

4.1 PCB板 84

4.1.1 PCB尺寸与形状 84

4.1.2 PCB基材 87

4.1.3镀层 88

4.1.4板层数 88

4.1.5可生产性设计 89

4.2焊盘、过孔 89

4.2.1焊盘 89

4.2.2导通孔 90

4.2.3安装螺钉孔 90

4.3布局规则 90

4.3.1器件方向 90

4.3.2器件布局 90

4.4布线规则 93

4.4.1 PCB布线镀层 93

4.4.2布线规则 93

4.4.3插座引脚走线 107

4.5标识 107

4.5.1标识类型 107

4.5.2标识要求 107

4.6可测试性设计 113

4.7线缆 114

4.8板级接地措施 115

4.9防护工艺 115

4.9.1 MSD防护 115

4.9.2 PCB三防工艺 118

4.9.3 ESD防护工艺 119

4.10常用器件的失效机理 122

4.10.1电阻的失效机理 122

4.10.2电容的失效机理 122

4.10.3 IC的失效机理 125

4.10.4磁珠磁环的选型与失效机理 127

4.10.5接插件的失效机理 129

4.10.6功率器件的失效机理 132

4.10.7器件失效测试（V-I曲线） 133

第5章 电路系统安全设计规范 135

5.1定义 136

5.1.1 Ⅰ类设备 136

5.1.2 Ⅱ类设备 137

5.1.3应用部分 138

5.1.4漏电流 139

5.1.5电气间隙与爬电距离 139

5.2标记的要求 139

5.2.1外部标记 139

5.2.2内部标记 140

5.2.3控制器件及仪表标记 141

5.2.4导线 141

5.2.5指示灯的颜色 142

5.2.6不带灯按钮的颜色 142

5.2.7符号 142

5.3环境条件 143

5.4对电击危险的防护 144

5.5对机械危险的防护 148

5.6随机文件的要求 151

5.7电气连接 152

5.8静电防护 152

5.9电晕 153

5.10超温与防火 153

5.11溢流和液体泼洒 153

5.12泄漏、受潮和进液 153

5.13清洗、消毒和灭菌 153

5.14压力释放装置 154

5.15中断复位 154

5.16危险输出的防止 154

5.17必须考虑的涉及安全方面的危险 154

5.18单一故障的要求 155

5.19元器件的要求 155

5.20连接的要求 155

5.21保护装置 156

5.22电池和指示灯 156

5.23控制器的操作部件 156

5.24有电线连接的手持式和脚踏式控制装置 157

5.25与供电网的分断 157

5.26电源软电线 158

5.27网电源 159

5.28保护接地端子和连接 160

5.29内部布线 160

5.30绝缘 160

5.31过电流和过电压保护 161

第6章 接口软件可靠性设计规范 162

6.1相关定义 163

6.2嵌入式软件系统设计 164

6.2.1一般要求 164

6.2.2硬件与软件功能的分配原则 164

6.2.3硬件与软件可靠性指标的分配 165

6.2.4安全关键功能的人工确认 165

6.2.5安全性内核 166

6.2.6自动记录系统故障 166

6.2.7禁止回避检测出的不安全状态 167

6.2.8保密性和容错设计 167

6.2.9安全关键软件的标识原则 168

6.3硬件设计 168

6.4软件需求和危险分析 169

6.5安全关键功能的设计 169

6.6冗余设计 170

6.6.1指令冗余设计 170

6.6.2软件陷阱与软件拦截技术 171

6.6.3软件冗余 173

6.7接口设计 174

6.7.1硬件接口要求 174

6.7.2硬件接口的软件设计 174

6.7.3人机界面设计 175

6.7.4报警设计 175

6.7.5软件接口设计 175

6.8软件健壮性设计 176

6.8.1电源失效防护 177

6.8.2加电检测和电磁干扰 177

6.8.3系统不稳定 177

6.8.4接口故障 178

6.8.5干扰信号和错误操作 178

6.8.6监控定时器的设计 178

6.9简化设计 179

6.9.1模块的独立性 179

6.9.2模块的扇入/扇出 181

6.10余量设计 181

6.11数据要求 181

6.12防错程序设计 182

6.13编程要求 185

6.14多余物的处理 190

6.15软件更改要求 190

6.16编译器 191

6.17嵌入式软件测试 192

6.18一些相关参考准则 193

6.18.1推荐的软件安全关键程度分级 193

6.18.2软件开发各阶段的适用准则和要求 193

6.18.3嵌入式软件设计准则（参考） 194

第7章 嵌入式系统EMC设计规范 199

7.1概述 199

7.1.1电阻高频等效特性 200

7.1.2电容高频等效特性 200

7.1.3电感高频等效特性 201

7.1.4磁环磁珠高频等效特性 202

7.1.5导线高频等效特性 202

7.1.6差模干扰与共模干扰 203

7.2整机外部接口 203

7.2.1按键面膜 203

7.2.2电源接口 203

7.2.3显示窗口 205

7.3接地 205

7.3.1安规接地与EMC接地的区别 207

7.3.2接地的分类 207

7.3.3单点接地与多点接地 208

7.3.3接地规范 210

7.4电路板 213

7.4.1电路原理图设计 213

7.4.2布线 217

7.4.3元器件布局 218

7.4.4安装固定 219

7.4.5 EMC元器件选型 220

7.5接插件和电缆分类 222

7.6机械结构 223

7.6.1材料 223

7.6.2机壳喷涂工艺及接缝 223

7.6.3机壳开口 223

第8章 嵌入式系统可维修性设计规范 226

8.1维修性分级 226

8.2维修性的定性要求 227

8.2.1良好的可达性 227

8.2.2标准化互换性 228

8.2.3防差错措施及识别标志 228

8.2.4可测试性要求 228

8.2.5维修性的人机环工程要求 229

8.2.6预防性维修设计 229

8.2.7维修安全要求 229

8.2.8改进维修作业程序 230

8.3可维修性定量评价指标 231

8.4维修性设计规范与设计技术 231

8.4.1零部件布局 231

8.4.2紧固件选型 232

8.4.3维修通道的设置 234

8.4.4基于维修性的设计更改 235

第9章 嵌入式系统可用性设计规范 237

9.1色彩与显示布局 237

9.2操作控制布局要求 242

9.3听觉与报警设计 244

9.3.1声音报警基础要求 244

9.3.2报警设计准则 244

参考文献 248