可靠性与抗干扰技术概述

1、下一页第一章第一章 可靠性与抗干扰技术概述可靠性与抗干扰技术概述谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室NEXTRETNSTOP第第 2 页页本章主要内容本章主要内容l研究抗干扰技术的重要性研究抗干扰技术的重要性l可靠性概念可靠性概念l微机测控系统可靠性设计任务与方法微机测控系统可靠性设计任务与方法l电磁兼容性设计及常用术语电磁兼容性设计及常用术语l干扰的分类干扰的分类l干扰的耦合方式干扰的耦合方式l单片机测控系统可靠性设计的主要途经单片机测控系统可靠性设计的主要途经NEXTRETNSTOP第第 3 页页可靠性概念可靠性概念l可靠性定义及其定量描述可靠性定义及其定量描

2、述 可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。时间内，完成规定功能的能力。 描述可靠性的定量指标：描述可靠性的定量指标： 可靠度可靠度 失效率失效率 平均寿命平均寿命l系统的可靠性模型系统的可靠性模型 串联结构模型串联结构模型 并联结构模型并联结构模型 混联结构模型混联结构模型 K/n 系统系统NEXTRETNSTOP第第 4 页页可靠度可靠度l可靠度是产品在规定条件下和规定时间可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为内，完成规定功能的概率，一般记为R。它是时间的函数，故也记为它是时间的函数，故也记为R

3、（t）,称称为可靠度函数。为可靠度函数。 如果用随机变量如果用随机变量T T表示产品从表示产品从开始工作到发生失效或故障开始工作到发生失效或故障的时间，其概率密度为的时间，其概率密度为f f（t t）如上图所示，若用如上图所示，若用t t表示某一表示某一指定时刻，则该产品在该时指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度刻的可靠度)()(tTPtRNEXTRETNSTOP第第 5 页页失效率失效率l失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记为的概率。一般记为,它也是时间它也是时间t的函数的

4、函数,故故也记为也记为(t),称为失效率函数称为失效率函数,有时也称为故有时也称为故障率函数或风险函数障率函数或风险函数. NEXTRETNSTOP第第 6 页页平均寿命平均寿命l平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为记为MTTP，对可修复产品则常用平均无故，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为障工作时间，一般记为MTBF。它们都表示。它们都表示无故障工作时间无故障工作时间T的期望的期望E（T）或简记为）或简记为t.当产品的可靠度为当产品的可靠度为R(t)时，平均无故障时间时

5、，平均无故障时间可表示为：可表示为： NEXTRETNSTOP第第 7 页页串联结构模型串联结构模型l串联系统可靠性：串联系统是组成系统的串联系统可靠性：串联系统是组成系统的所有单元中任一单元失效就会导致整流器所有单元中任一单元失效就会导致整流器个系统失效的系统。假定各单元是统计独个系统失效的系统。假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为：立的，则其可靠性数学模型为： 式中，式中，Rs(t)系统可靠度；系统可靠度；Ri(t)第第i单元可靠度单元可靠度NEXTRETNSTOP第第 8 页页并联结构模型并联结构模型l并联系统可靠性：并联系统是组成系统的并联系统可靠性：并联系统是组成系统的所有单

6、元都失效时才失效的失效的系统。所有单元都失效时才失效的失效的系统。l并联系统对提高系统的可靠度有显著的效并联系统对提高系统的可靠度有显著的效果果 NEXTRETNSTOP第第 9 页页混联结构模型混联结构模型l混联系统是由串联和并联混合组成的系统。混联系统是由串联和并联混合组成的系统。 l混联结构应用较多的是双重结构，又叫备混联结构应用较多的是双重结构，又叫备份系统。有如图份系统。有如图1.2-7所示的三种结构形式。所示的三种结构形式。NEXTRETNSTOP第第 10 页页混联结构模型混联结构模型NEXTRETNSTOP第第 11 页页混联结构模型混联结构模型NEXTRETNSTOP第第 1

7、2 页页K/n 系统系统NEXTRETNSTOP第第 13 页页使用条件连续使用一次使用可否修复可修复不可修复可修复不可修复维修种类预防维修事 后维修用到耗损期一定时间后报废预防维修 产品示例电子系统、计算机、通信机、雷达、飞机、生产设备家 用 电器 、 机械装置电子元器件、机械零件、一般消费品实 行 预 防维 修 的 零部 件 、 广播 设 备 用电子管武器、过载荷继电器、救生器具保险丝、闪光灯雷管常用指示可靠度、有效度、平均无故障工作时间、平均修复时间平 均 无 故障 工 作 时间 、 有 效寿 命 、 有效度失效率、平均寿命失效率,更 换 寿命成功率成功率各类产品常用的可靠性指标各类产品

8、常用的可靠性指标NEXTRETNSTOP第第 14 页页微机测控系统可靠性设计任务与方法微机测控系统可靠性设计任务与方法l可靠性设计的任务可靠性设计的任务 元器件本身的性能与可靠性元器件本身的性能与可靠性 系统结构设计系统结构设计 安装与调试安装与调试 外部电气条件外部电气条件 外部空间条件外部空间条件 外部机械条件外部机械条件l可靠性设计的一般方法可靠性设计的一般方法 元器件级可靠性措施元器件级可靠性措施 部件及系统级的可靠性措施部件及系统级的可靠性措施外外内内NEXTRETNSTOP第第 15 页页元器件级可靠性措施元器件级可靠性措施l严格管理元器件的购置、储运；严格管理元器件的购置、储运

9、；l老化、筛选、测试老化、筛选、测试l降额使用降额使用l选用集成度高的元器件选用集成度高的元器件NEXTRETNSTOP第第 16 页页部件及系统级的可靠性措施部件及系统级的可靠性措施l冗余技术冗余技术l电磁兼容性设计电磁兼容性设计l信息冗余技术信息冗余技术l时间冗余技术时间冗余技术l故障自动检测与诊断技术故障自动检测与诊断技术l软件可靠性技术软件可靠性技术l失效保险技术失效保险技术NEXTRETNSTOP第第 17 页页电磁兼容性设计及常用术语电磁兼容性设计及常用术语l所谓电磁兼容性（所谓电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）是指电子装置在预）是指

10、电子装置在预定的工作环境条件下，既不受周围电磁场定的工作环境条件下，既不受周围电磁场的影响，也不影响周围的环境，不发生性的影响，也不影响周围的环境，不发生性能变异或误动作，而按设计要求正常工作能变异或误动作，而按设计要求正常工作的能力。的能力。lEMC不等式：不等式： 干扰源强度传播衰减因子干扰源强度传播衰减因子 设备抗干扰能力设备抗干扰能力l电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容lEMC常用术语常用术语NEXTRETNSTOP第第 18 页页电磁干扰现象电磁干扰现象开关电源数字脉冲电路数字视频设备220ACNEXTRETNSTOP第第 19 页页形成干扰的基本要素形成干扰的基本要素 l干扰源，

11、指产生干扰的元件、设备或信号，干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。能成为干扰源。l传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过播路径是通过导线的传导和空间的辐射。导线的传导和空间的辐射。l敏感器件，指容易被干扰的对象。如：敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数

12、字变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大弱信号放大器等。器等。NEXTRETNSTOP第第 20 页页常见干扰源常见干扰源无线通信无线通信雷电雷电脉冲电路脉冲电路ESD感性负载通断感性负载通断直流电机、变频调速器直流电机、变频调速器电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容 电磁兼容标准 干扰发射 敏 感 度 传 导 辐 射 传 导 辐 射电源线信号/控制线天线端口 电 场 磁 场 电源线/信号线 射频 瞬态天线端口 电 场 磁 场 静 电放电 NEXTRETNSTOP第第 22 页页干扰的分类干扰的分类l按噪声产生的原因分类按噪声产生的原因分类放电噪声放电噪声高频振荡噪声高频振荡噪声浪涌噪声浪涌噪

13、声l按噪声传导模式分类按噪声传导模式分类 常模噪声与共模噪声常模噪声与共模噪声l按噪声波形及性质分类按噪声波形及性质分类 持续正弦波持续正弦波 偶发脉冲电压波形偶发脉冲电压波形 脉冲列脉冲列NEXTRETNSTOP第第 23 页页常模噪声与共模噪声常模噪声与共模噪声NEXTRETNSTOP第第 24 页页干扰的耦合方式干扰的耦合方式l直接耦合直接耦合（滤波去耦）（滤波去耦）l公共阻抗耦合公共阻抗耦合l电容耦合电容耦合l电磁感应耦合电磁感应耦合l辐射耦合辐射耦合l漏电偶耦合漏电偶耦合NEXTRETNSTOP第第 25 页页公共阻抗耦合公共阻抗耦合l噪声源与干扰对象之间具有公共阻抗噪声源与干扰对象

14、之间具有公共阻抗l常见的公共阻抗耦合有：常见的公共阻抗耦合有： 公共地公共地 电源阻抗电源阻抗l电路去耦电路去耦NEXTRETNSTOP第第 26 页页电容耦合电容耦合l电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应，又称静电耦合或电场耦合。静电感应，又称静电耦合或电场耦合。NEXTRETNSTOP第第 27 页页电磁感应耦合电磁感应耦合l磁场耦合磁场耦合NEXTRETNSTOP第第 28 页页辐射耦合辐射耦合l天线效应天线效应l环天线环天线 偶极天线偶极天线 缝隙天线缝隙天线V主板主板电缆电缆子板子板PCB电缆电缆NEXTRETNSTOP第第 29 页页漏电偶耦合漏电偶耦合NEXTRETN