第1章 电子设计可靠性基础 1
1.1 引例：甬温线动车追尾事故 1
1.2 可靠性的概念 3
1.2.1 元器件 3
1.2.2 可靠性 4
1.2.3 可维修性和可保障性 4
1.2.4 安全性和健壮性 5
1.3 可靠性定量表征 5
1.3.1 失效率 5
1.3.2 寿命 7
1.3.3 失效分布 8
1.4 可靠性技术概要 9
1.4.1 全寿命周期的可靠性保证技术 9
1.4.2 可靠性筛选技术 10
1.4.3 可靠性与成本的权衡 11
1.5 可靠性设计 12
1.5.1 应用可靠性与固有可靠性 12
1.5.2 环境应力 13
1.5.3 失效模式与失效原因 14
1.5.4 可靠性设计的重要性 15
本章要点 16
综合理解题 17
第2章 电子元器件的可靠性选用 18
2.1 元器件可靠性等级 18
2.1.1 元器件可靠性相关标准 18
2.1.2 元器件质量等级 20
2.1.3 元器件质量认证 23
2.1.4 质量等级的选择 24
2.2 元器件选择通则 24
2.2.1 综合考虑 24
2.2.2 工艺考虑 28
2.2.3 封装考虑 32
2.3 电阻器的选用 35
2.3.1 概述 35
2.3.2 可靠性相关特性 38
2.3.3 固定电阻器的选用 43
2.3.4 可变电阻器的选用 46
2.4 电容器的选用 50
2.4.1 概述 50
2.4.2 可靠性相关特性 52
2.4.3 非电解电容器的选用 57
2.4.4 电解电容器的选用 59
2.4.5 综合应用 62
2.5 二极管的选用 65
2.5.1 概述 65
2.5.2 可靠性相关特性 66
2.5.3 不同类型二极管的选用 68
2.6 晶体管的选用 69
2.6.1 概述 69
2.6.2 可靠性相关特性 70
2.6.3 不同类型晶体管的选用 73
2.7 集成电路的选用 78
2.7.1 概述 78
2.7.2 可靠性相关特性 80
2.7.3 不同类型集成电路的选用 85
2.7.4 使用方式的考虑 88
2.8 元器件降额使用 90
2.8.1 降额的作用与依据 90
2.8.2 降额参数的选择 91
2.8.3 降额因子与降额等级的选择 92
本章要点 93
综合理解题 94
第3章 常见电过应力与干扰分析 96
3.1 概述 96
3.2 浪涌 97
3.2.1 浪涌的特征与类型 97
3.2.2 数字集成电路开关浪涌 98
3.2.3 非阻性负载开关浪涌 102
3.2.4 机械开关触点浪涌 106
3.2.5 雷电产生的浪涌 107
3.2.6 交流供电网络产生的浪涌 109
3.3 静电 110
3.3.1 静电的形成 110
3.3.2 静电放电失效 114
3.3.3 元器件静电敏感性 116
3.3.4 环境的静电防护 119
3.4 辐射 122
3.4.1 辐射环境 122
3.4.2 辐射失效 123
3.4.3 抗辐射元器件的选用 123
3.4.4 辐射加固设计 125
3.5 电磁干扰 127
3.5.1 基本概念 127
3.5.2 干扰来源 129
3.5.3 干扰传播 132
3.6 热效应 140
3.6.1 温度与失效率的关系 140
3.6.2 散热的途径 142
3.6.3 机箱散热设计 143
3.7 检测方法及标准 146
3.7.1 相关标准 146
3.7.2 检测方法示例 147
本章要点 154
综合理解题 155
第4章 基本防护方法 156
4.1 概述 156
4.2 接地 157
4.2.1 接地的作用与类型 157
4.2.2 单点与多点接地 161
4.2.3 混合接地 166
4.2.4 其他接地 170
4.2.5 地线的埋设 172
4.3 屏蔽 175
4.3.1 屏蔽的作用与类型 175
4.3.2 屏蔽体设计 178
4.3.3 屏蔽兼容设计 190
4.4 滤波 193
4.4.1 滤波的作用 193
4.4.2 滤波器的类型 194
4.4.3 滤波器的非理想性 198
4.5 差分 199
4.5.1 差分的作用 199
4.5.2 差分的实现 202
4.6 隔离 204
4.6.1 隔离的作用与类型 204
4.6.2 电路隔离设计 205
4.6.3 不共地隔离 208
4.7 匹配 209
4.7.1 传输线效应 209
4.7.2 匹配的实现 211
本章要点 215
综合理解题 215
第5章 防护元件的选用 217
5.1 概述 217
5.2 瞬变电压抑制元件 219
5.2.1 瞬变电压抑制元件的作用与类型 219
5.2.2 瞬变电压抑制二极管 221
5.2.3 压敏电阻 227
5.2.4 气体放电管 231
5.2.5 新型瞬变电压抑制元件 234
5.3 热敏与过流保护元件 239
5.3.1 热敏元件 239
5.3.2 过流保护元件 246
5.4 滤波元件 249
5.4.1 铁氧体磁珠 249
5.4.2 三端电容器 254
5.4.3 共模扼流圈 259
5.4.4 市电交流滤波器 261
5.4.5 施密特触发器 263
5.5 隔离元件 265
5.5.1 隔离变压器 265
5.5.2 光电耦合器 267
5.5.3 固态继电器 271
5.5.4 集成化隔离器件 272
5.6 综合应用 275
5.6.1 多级浪涌保护 275
5.6.2 差分电路保护 277
5.6.3 宽频干扰抑制 277
5.6.4 片内外静电保护的配合 279
5.6.5 印制电路板设计要点 279
本章要点 281
综合理解题 281
第6章 重要电路与元器件的防护设计 283
6.1 高速数字电路的防护设计 283
6.1.1 去耦设计 283
6.1.2 时钟电路防护设计 294
6.1.3 接口电路防护设计 300
6.2 感性负载开关电路的防护设计 305
6.2.1 浪涌抑制方法 305
6.2.2 交流电源过零保护 307
6.3 数模混合电路的防护设计 309
6.3.1 数字电路对模拟电路干扰的抑制方法 309
6.3.2 混合信号芯片的防护方法 312
6.3.3 主板与数模混合子板的连接 315
6.4 电源的防护设计 317
6.4.1 概述 317
6.4.2 线性电源的防护 319
6.4.3 开关电源的防护 324
6.4.4 电源端口的防护 327
6.4.5 电源通断防护与监控 328
6.5 放大器的防护设计 330
6.5.1 放大器的可靠性问题 330
6.5.2 过压过流保护 332
6.5.3 屏蔽与隔离 334
6.5.4 接地 338
6.5.5 去耦 340
6.6 微处理器的防护设计 343
6.6.1 微处理器的可靠性问题 343
6.6.2 看门狗与复位控制 343
6.6.3 电源管理 346
6.6.4 软件防护设计 348
6.7 电缆的防护设计 350
6.7.1 电缆的类型 350
6.7.2 电缆的屏蔽 355
6.7.3 电缆的接地 358
6.7.4 电缆的综合选用 363
6.8 接口的防护设计 369
6.8.1 以太网接口的防护 369
6.8.2 电话线端口的防护 370
6.8.3 串行数据接口的防护 372
6.8.4 USB接口的防护 374
6.8.5 音频接口的防护 376
6.8.6 其他接口的防护 379
6.9 继电器的防护方法 380
6.9.1 继电器的可靠性问题 380
6.9.2 触点振荡的抑制方法 381
6.9.3 触点寿命的保障方法 382
本章要点 384
综合理解题 385
第7章 系统级可靠性设计方法 387
7.1 可靠性预计与分配 387
7.1.1 可靠性模型 387
7.1.2 可靠性预计 391
7.1.3 可靠性分配 393
7.2 冗余设计 395
7.2.1 冗余的作用与类型 395
7.2.2 平行冗余 396
7.2.3 开关冗余 399
7.2.4 表决冗余 400
7.2.5 混合冗余 403
7.3 潜在通路分析 404
7.3.1 潜在通路的来源与类型 404
7.3.2 潜在通路分析方法 406
7.3.3 防止潜在通路的设计实例 407
7.4 容差设计 412
7.4.1 容差设计的作用 412
7.4.2 容差设计的方法 414
7.5 容错设计 417
7.5.1 容错设计的作用 417
7.5.2 容错设计的方法 418
7.5.3 常用校验码 418
7.6 其他系统可靠性设计方法 420
7.6.1 简化设计 420
7.6.2 故障树分析 421
7.6.3 低功耗设计 423
本章要点 423
综合理解题 424
第8章 印制电路板的可靠性设计 425
8.1 PCB的可靠性挑战 425
8.2 基板选择 427
8.2.1 基材选择 427
8.2.2 尺寸选择 430
8.3 层的分配 431
8.3.1 多层板及参考层的作用 431
8.3.2 层的配置方法 434
8.3.3 分层方案 437
8.3.4 主板与子板的分层配合 443
8.4 分区与隔离 444
8.4.1 分区 444
8.4.2 参考面的分割 446
8.4.3 隔离槽 450
8.5 走线设计 454
8.5.1 走线寄生参数的影响 454
8.5.2 走线阻抗的计算 456
8.5.3 电流的非均匀分布效应 458
8.5.4 走线尺寸的确定 462
8.5.5 传输线设计 466
8.5.6 串扰抑制方法 470
8.5.7 走线LC的利用 473
8.6 接地设计 476
8.6.1 单面／双面板的接地 476
8.6.2 局部铜填充 479
8.6.3 防护用地线 483
8.6.4 PCB地与底板的连接 486
8.7 布线方法 491
8.7.1 走线长度最小化 491
8.7.2 拐角布线 492
8.7.3 环路布线 494
8.7.4 分支布线 497
8.7.5 其他布线方法 499
8.8 过孔与端口设计 501
8.8.1 过孔对可靠性的影响 501
8.8.2 过孔尺寸的确定 504
8.8.3 过孔布局设计 506
8.8.4 过孔焊盘设计 509
8.8.5 I/O端口设计 510
8.9 防过热设计 513
8.9.1 PCB散热性布局 513
8.9.2 散热器与PCB的配合 516
8.10 装配与焊接 519
8.10.1 插装元器件的安装与焊接 519
8.10.2 PCB的固定方式 521
8.10.3 PCB的表面处理 522
8.11 其他 524
8.11.1 电原理图与PCB的设计配合 524
8.11.2 测试与调试 525
本章要点 525
综合理解题 526
第9章 电子元器件噪声一可靠性诊断技术 528
9.1 概述 528
9.1.1 噪声的概念 528
9.1.2 噪声—可靠性诊断方法 529
9.2 噪声与漂移失效的关系 530
9.2.1 稳压二极管的基准电压退化失效 530
9.2.2 双极晶体管的hFE漂移失效 533
9.2.3 MOSFET的负温偏不稳定失效 534
9.2.4 集成运算放大器的参数时漂失效 535
9.3 噪声与应力失效的关系 536
9.3.1 辐照诱发退化 536
9.3.2 静电诱发退化 539
9.4 噪声的测试与分析 540
本章要点 543
综合理解题 544
附录A常用元器件的质量等级 545
A.1集成电路 545
A.2半导体分立器件 546
A.3光电子器件 548
A.4电真空器件 549
A.5电阻器和电位器 549
A.6电容器 552
A.7感性元件 558
A.8继电器 559
A.9开关和电连接器 561
附录B常用元器件的主要失效模式与失效机理 563
B.1集成电路 563
B.2半导体分立器件 564
B.3电阻器和电位器 566
B.4电容器和感性元件 566
B.5继电器和电连接器 568
B.6光电子器件 569
B.7不同应用环境下易出现的失效模式 569
附录C国内外元器件降额规则 571
C.1国产元器件 576
C.2美国元器件 576
附录D国内外电子元器件质量与可靠性相关标准 583
D.1我国国家标准 583
D.2我国国家军用标准 584
D.3美国军用标准 586
附录E我国电磁兼容相关标准 589
E.1基础类标准 589
E.2通用类标准 590
E.3产品类标准 590
E.4系统类标准 591
附录F本书综合理解题参考答案 592
参考文献 593