第5-2系统可靠性设计幻灯片.ppt

原理可靠性是电路及结构复杂性的函数要点多个通道共用一个电路或器件多采用集成电路 少采用分立器件多采用规模大的芯片 少采用规模小的芯片能用软件完成的 不用硬件实现能用数字电路实现的 不用模拟电路完成 可靠性高 噪声容限好 简化设计要注意 减少元器件不能增加其他器件的负担 应力 负载能力等 保护 冗余 容错电路不能省共用器件应能满足多个通道的性能及可靠性要求 5 11简化设计原理与要点 简化前 8个门 简化后 3个门 方式 算法 逻辑 线路 布图 走线 5 11简化设计简化方式 容差 元器件参数取值误差导致电路功能失常漂移 元器件参数随时间或温度的漂移导致电路性能退化 5 12容差设计与漂移设计问题的提出 步骤 四次设计 系统设计 实现功能参数设计 实现性能指标容差设计 保证一定参数分布条件下的电路性能指标漂移设计 保证一定参数漂移条件下的电路性能指标方法标准差综合法 元器件参数离散符合正态分布 均值 标准差 最坏情况法 元器件参数取最大 或最小 值 代价最大蒙特卡洛法 在一定参数范围内随机取值 最接近实际情况 5 12容差设计与漂移设计设计方法 什么是冗余多于一种手段执行同一种规定功能的能力平行冗余 工作贮备系统 特点 冗余单元始终工作类型 纯并联 只有全部单元失效 系统才能失效n中取k n个单元只要有k个单元正常工作 系统才能正常工作效果 并联系统的可靠性比构成系统的各个单元的可靠性好 且随单元数 而 5 13冗余设计平行冗余 通信机用 5V冗余直流电源加有隔离二极管加有开通控制引脚PC 5 13冗余设计平行冗余实例 开关冗余 非工作贮备系统 特点 冗余单元通常不工作类型 理想 不理想开关 开关完全可靠 不可靠热贮备 冷贮备 冗余单元在贮备期中可能失效 不可能失效效果 理想开关冷贮备系统的寿命是所有单元寿命之和不考虑开关可靠性时 非工作贮备系统的可靠性优于工作贮备系统 5 13冗余设计开关冗余 表决冗余特点 输出取决于输入的多数 只要有多数单元不出故障 系统就能正常工作类型 硬件表决 速度快 成本高 算法固定软件表决 速度快 成本低 算法灵活 5 13冗余设计表决冗余 冗余的作用可提高系统可靠性可降低对单元元器件可靠性的要求会增加电路的复杂性 体积 重量 功耗和成本冗余增加的故障检测和通道切换装置的可靠性必须高于受控部分 5 13冗余设计冗余的作用 三重表决冗余实例 意义提高系统可靠性 功耗 温升 可靠性 实现便携产品的需要 可采用电池供电增强系统抗干扰能力 无电源线干扰 自身噪声 要点尽量用CMOS电路 不用TTL电路能用软件实现的 不用硬件能低频工作的 不要使之高频工作能低电源电压工作的 不要采用较高电压工作能采用节能工作方式的 不要采用标准工作方式避免大电容负载尽可能提高输入驱动脉冲的陡度多余输入端按功耗最低的方式处理与门 与非门通过数百k 电阻接高电平或门 或非门接低电平不要与在用输入端并接使用 5 14低功耗设计设计要点 定义潜在通路 在特定的激励条件下 系统出现的未预期 通常也是不希望的 的通路 它的出现会抑制期望功能或者产生非期望功能 表现形式潜在电路 潜在的电流通路 它的存在会引起不希望的功能发生或者抑制一个规定功能的发生潜在定时 某功能在不希望的时间内存在或发生潜在指示 会引起混淆或不正确的状态指示 导致错误的操作形成原因分系统设计人员对系统整体缺乏全面 深入的认识对设计评审后所做的更改将对各系统带来的影响未进行充分的审查其它设计失误 设计缺陷 设计图错误等 5 15潜在通路分析定义与来源 电路数据的收集与分析电路的简化 保留功能元器件 略去非功能元器件 如非开关连接器 保留接通电源和接地总线的通路 略去其它无关的路径网络树的绘制 将所有电源置于顶端 把接地置于底部 并使电路按电流自上而下的规律排列 形成网络树 可由计算机完成 拓扑图形的识别 常见网络树形式如下图 及应用线索表进行潜在通路分析 5 15潜在通路分析分析步骤 作用 静电保护 浪涌保护 EMC保护层次 器件级 电路级 板级 接口级 机箱级位置 输入端 电源端 输出端方式 保护电路 保护模块 保护器件 5 16保护电路设计 均衡设计每块电路的功能尽量完整 以减少功能电路模块之间的互连各块电路的元器件数尽量接近 以避免元器件过分集中并行电路的延时尽量接近 以免出现冒险竞争产生的延迟灵敏度分析寻找可靠性薄弱环节寻找对电路可靠性影响最大的器件或子电路 5 17均衡设计与灵敏度分析 采用电平触发而非边沿触发 特别是输入和按键 使用前沿速率尽可能慢且平滑的数字信号 不超过失真极限 采用同步逻辑而非同步逻辑无源滤波比有源滤波好并行电路的延时尽量接近 以免出现冒险竞争产生的延迟采用高质量的看门狗或电源监视电路 此类电路不使用可编程器件 5 17电磁兼容性设计基本技巧 扩展频谱时钟对时钟频率进行1 2 的调制 扩散谐波分量 减少辐射量不能用于时序要求严格的时间通信网络 如以太网 光纤 FDD ADSL等 并行电路的延时尽量接近 以免出现冒险竞争产生的延迟其它采用电平触发而非边沿触发采用同步逻辑而非同步逻辑无源滤波比有源滤波好 5 17电磁兼容性设计特殊方法 尽可能将电位器用在大信号一侧 以降低动噪声之影响尽可能将电位器的滑动结点远离输入端 5 18其它电位器的设计 目的对整机可靠性进行预