第8章系统的可靠性设计

1、第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.1 概述概述 8.2 故障检测技术故障检测技术8.3 硬件可靠性设计硬件可靠性设计8.4 软件可靠性设计软件可靠性设计8.5 系统的抗干扰设计系统的抗干扰设计8.6 可靠性的总体考虑可靠性的总体考虑第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.1 概述概述 8.1.1 可靠性的基本概念 1. 可靠度 可靠度就是在规定的时间内和规定的条件下系统完成规定功能的成功概率。 有N0个同样的系统，使它们同时工作在同样的条件下，从它们开始运行到t时刻的时间内，有Nf(t)个系统发生故障，Ns(t)个系统工作完好，

2、则该系统t时间的可靠度可表示为：第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计00( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )sssffssfN tN tR tN tNtNNtN tF tN tNtN系统的不可靠度F(t)可相应地表示为：(81) (82) 因为一个系统发生故障和无故障是互斥事件，必须满足R(t)+F(t)=1。故可靠度还可以写成： 00( )( )1( )fNNtR tF tN (83) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 例如，某种系统(或部件或元件)1000个，工作1000h，有10个发生故障。我们可以计算出这种系统(或部件或元件)千小时的可靠度为

3、：00( )100100.991000fNNtRN第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2.失效率 失效率为系统运行到t时刻后单位时间内，发生故障的系统数与时刻t时完好系统数之比。失效率有时也称为瞬时失效率或简单地称为故障率。假定N0个系统的可靠度为R(t)，在t时刻到t+t时刻的失效率为N0R(t)-R(t+t)。那么，单位时间内的失效数为N0R(t)-R(t+t)/t。t时刻完好系统数为N0R(t)=Ns(t)。于是，失效数(t)可以用下式表示：00 ( )()( )( )N R tR tttN R tt (84) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计1( )( )( )(

4、 )( )( )dR ttR tdtdR tt dtR t 将上式写成微分形式： 上式又可以写成：(85) (86)对(86)式从0到t积分，可以得到：0( )10( )( )ln( )( )R tt dt dtR tR te (87) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 理论及实践均已证明，对一般电子设备，当然也包括微机应用系统，经过一段时间老化后，(t)基本保持不变。因此，(t)可用代替。于是(87)式便可写成：( )tR te(88) 失效率也可以用下式进行计算：rT(89) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 例如，有10000个元件运行10000h，有20个元件失

5、效，则该元件的失效率为：7202 10/10000 10000rhT 失效数 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 3. 平均故障间隔时间 描述可靠性的另一个重要参数称为平均故障间隔时间MTBF或平均无故障时间(也称为故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复的产品；后者用于描述不可修复产品。一般情况下，通常都用MTBF来表示： 001( )tmtbfR t dte dt第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 例如，1000台微型计算机，运行1000h，累计出现10次故障，则这种微型机的MTBF计算如下： 4.平均修复时间和利用率 平均维修时间和利用率则又从另一角度来描述一个系

6、统(或部件或元器件)的可靠性。对一台微型机来说，当它出现故障时是可以进行维修的。 551010/1000 1000110hMTBFh第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 为了表征系统的可维修性，引入平均修复时间MTTR。它也是一个统计值，用下式表示： 系统的可用性通常用利用率来表示。利用率就是系统长时间工作中正常工作的概率，也就是系统的使用效率，利用率A用下式表示：11NiiMTTRtN(811) MTBFAMTBFMTTR(812)第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.1.2 故障来源 1.内部因素 产生故障的原因来自构成微型计算机应用系统本身，是由构成系统的硬件或软件所

7、产生的故障。 2.环境因素 恶劣的环境会对微机应用系统施加更大的应力，使系统故障显著增加。 3.人为因素 微机应用系统是由人来设计而后供人来使用的。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.2 故障检测技术故障检测技术 8.2.1 微机应用系统的脱机自检 1. RAM的自检 读写存贮器(RAM)是微型机的重要组成部分。在进行系统自检时，要对RAM进行认真自检。而且，实践表明，在微机系统中，RAM是故障频繁部件。 1) 固定模式测试第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.1 固定模式RAM测试流程图 数据 0取测试首地址数据送地址地址加1送完否？取测试首地址从地址取数相同否

8、？地址加1给出错误信息比较完否？数据加1等于0 ？结束是是是是否否否否第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2) 游动模式自检 对RAM进行游动模式自检的过程简述如下：首先将要自检的RAM区的每一个单元都进行初始化 -即写入全0或全1。 3) 数据图案平移自检 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.2 游动模式RAM自检流程图 初始化所有单元送数到指定单元检查其他单元正确否？给出错误信息检查送数单元正确*否？给出错误信息检查数据格式送完否？送数单元恢复初值测试完否结束取下一个数据格式数据格式置初值取下一个送数地址否否否否是是是是第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计

9、 表8.1 基本数据图案 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.3 数据图案平移法自检RAM流程图 写入数据图案检测对否？平移7次检测对否？平移7次检测对否？出错处理否否否是是是第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 4) 谷(峰)值检测法 对RAM进行谷值检测，就是在自检RAM区中全1的背景下使0游动，写入这样的数据后再读出比较，从而判断RAM的工作正确与否。 具体实现方法就是将如下数据：FEH，FDH，FBH，F7H，EFH，DFH，BFH，7FH，BFH，DFH，EFH，F7H，FBH，FDH，FEH，FDH顺序写入要检测的RAM区的各单元中。 第第8章章 系统的可靠性

10、设计系统的可靠性设计 5) PC机的RAM自检方法 在PC机中，对基本16KB的RAM采用两种方法进行测试。第一种方法是按地址顺序对16KRAM进行固定模式自检。 6) 迟延检测 迟延检测法自检RAM，就是将某一特定数据图案写入要检测的RAM区后，不是立即读出比较，而是迟延若干时间后再读出比较。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 只读存贮器ROM自检 当微型机应用系统的用户程序研制成功，并经过长时间运行，就可证明该用户程序正确无误。为使用方便，也为提高系统的可靠性，可将用户程序固化在只读存贮器中。 3.外设及接口的自检 在微型机应用系统中，外设的含义将更加广泛。 第第8章章

11、系统的可靠性设计系统的可靠性设计 1) 常规外设自检 2) 专用外设及接口的自检 开关量输出接口的自检。在微型机应用系统中，经常大量需要开关量输出，用作控制、报警、状态指示等功能。 图8.4 利用发光二极管指示状态 输出接口1kOC门5V1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.5 利用输入接口自检输出状态 输入接口5V输出接口2输出接口1三态门2三态门1输入信号输出信号总线1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.6 A/D和D/A变换器的自检硬件图 总线输出接口模拟门2A/D变换接口A/D变换器模拟门1D/A输出接口D/A变换器D/A变换器D/A变换器第第8章章 系统的

12、可靠性设计系统的可靠性设计图8.7 某阀门自检硬件框图 总线输出接口输入接口光电隔离放大光电隔离放大阀门第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.2.2 微机系统的在线故障检测 1. 程序监视器 程序监视器也有人称看门狗(Watch Dog)，其目的就是利用它来监视程序的执行。 图8.8 程序监视器原理框图 译码器地址信号状态信号单 稳触发器OC门INTR1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.9 监视器译码电路逻辑图 S0S1S2A19A18A17A1611 1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 外设状态反馈 在微机应用系统中，经常会遇到控制某一个电机启动

13、或停止；控制一个阀门打开或关闭；控制某个部件位移到某一位置等情况。 首先，我们以图8.10为例来说明外设状态的反馈。第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.10 继电器状态信息反馈原理图 总线锁存器输出口三态门输入口MJJJ1k3305k5V5V12V220VQ011第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.11 继电器状态反馈程序框图 送控制信号延时取反馈信号对否？3次？延时去掉控制信号显示报警打印该通道故障重新启动？去掉报警、显示继续执行是否否否是是第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.12 由电机末端信息反馈电路框图 总线A/D变换接口A/D变换器隔离放大器

14、整流电 流互感器MJ电机电源第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 3. 检错及纠错编码 检错及纠错编码理论从20世纪50年代开始迅速发展，现已成为信息论这个学科的重要组成部分。随着数字通信、计算机技术、数据处理及超大规模集成电路的发展，检错及纠错编码已得到广泛的应用。 1) 奇偶校验第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.13 在内存中加奇偶校验电原理图 I EVEN74LS280AHOOD10241WRCSRAMDCLKCLRQQWRCSRAM10248WRRDD0D7NMI5V中断响应D0D7&1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2) 海明码 海明码是

15、一种广泛应用的纠错编码。它的编码和译码在工程上实现起来比较容易。它能够检测错误并能纠正单个错误。 若码长为n，其中包括用于校验并纠错的编码长度为m,则信息长度k=n-m。为了能够纠正单个错误，必须满足下面的海明不等式： 21mnkm (813)第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计表8.2 海明码校验位与码长的关系 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计表8.3 海明码及校验方程 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计0579101112674LS154P0P1P2P3D0D7D0D71 1 1 1 1 1 1 1图8.14 纠错电路原理框图 第第8章章 系统的可靠性设计系统

16、的可靠性设计图8.15 8位数据的内存纠错原理电路 D6D4D3D1H074LS280D6D5D3D2D0P0H1D7D3D2D1H2D7D6D5D4H3P1P2P3双向三态控制RAMH3H2H1H0RAMD0D70579101112674LS154H0H3P0P3D0D7D0D7D0D7WRCSRDCSWR111D01111111第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 表8.4 校验数据表 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 4. 超时故障检测 在微机应用系统中，经常因为电源的波动、各种干扰，使程序脱离原来的用户程序。 1) 硬件工作 2)软件方面的工作 用户程序分段的原则就

17、是： 每一个程序段都是可再入的、能完成一个相对独立功能的程序模块； 每一个程序段的执行时间必须比上面硬件计数器的计数时间来得短。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计a140100t / hT / 0 图8.16 一种化工工艺温度控制过程第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.17 超时故障检测用硬件框图图 总线输出接口计数器5V5V时钟置数(或清零)INTCLKCLRQD第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.18 超时故障检测用户程序段结构 清记数单元存段首地址置定时初值清记数单元存段首地址置定时初值清记数单元存段首地址置定时初值原用户程序程序段第第8章章 系统的

18、可靠性设计系统的可靠性设计 图8.19 超时故障检测中断服务程序框图 取置数指令地址断点保护清触发器取计数单元5 ？计数加1恢复断点修改堆栈开中断故障处理超时中断服务程序无条件转移到段首YN第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 5. A/D变换器的在线检测 1) 奇异数据判断 在检测、控制等应用领域的微机系统中，A/D变换器对被测参数进行A/D变换，以便使微机获得数据。在对数据的变换过程中，对A/D变换的数据进行最简单的判别。 2) 校准信号 当A/D变换部件的模拟门有多余的输入端时，可以把一个多余的输入端接上固定的校准电平。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.3 硬件可

19、靠性设计硬件可靠性设计 8.3.1 硬件故障 构成微机应用系统的硬件包括各种部件。从主机到外设，除了集成电路芯片、电阻、电容、电感、晶体管、电机、继电器等许多元器件外，还包括插头、插座、印刷电路板、按键、引线、焊点等。硬件的故障主要表现在这几个方面。 1.电器故障 电器故障主要是指电子元器件、电路板、接插件所产生的故障。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2.机械故障 机械故障主要发生在微机应用系统的外设中。 3.介质故障 这类故障主要是指微机应用系统的信息存贮介质所产生的故障，例如，磁盘盘片损坏，磁带机记录磁带的损坏等等。 4.人为故障 人为故障是由于人为地不按系统所要求的环境条

20、件和操作规程而造成的故障。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.3.2 影响硬件可靠性的因素 1. 元器件失效 元器件在工作过程中会发生失效，通过对各类元器件在一定条件下大量试验的统计结果发现，电子元器件的失效率是有一定规律的。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 表8.5 元器件的失效率 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.20 失效率与时间关系曲线 t( t )第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 失效曲线分为3个阶段： 初始失效期。 随机失效期。 耗损失效期。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 使用不当 1)注意元器件的电

21、气性能 各种元器件，都有它们自己的电气额定工作条件，这里仅以几种最常使用的元器件为例，予以简单的说明。 (1)电阻器 (2)电容器 (3)集成电路芯片 负载电阻RL由下式决定：RLLRLVRI(814) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.21 确定开路门负载电阻RL上限 IOHIOHIOHIOHIIHIIHIIHRLVCC&第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.22 确定开路门负载电阻RL下限 IOLIILIILIILRLVCC&第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计2)环境因素的影响温度。 电源的影响。 湿度的影响。 振动、冲击的影响。 其

22、他应力的影响。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 3. 结构及工艺上的原因 硬件故障中，由于结构不合理或工艺上的原因而引起的故障占相当大的比重。诸如某些元器件太靠近热源，需要通风的地方未能留出位置，将可控硅、大继电器等产生较大干扰的器件放在易受干扰的元器件附近，以及结构设计不合理造成操作人员观察、维修困难等问题，均可对硬件可靠性带来影响，需要引起我们的注意。第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.3.3硬件可靠性措施 1.元器件的选择 2.筛选 3.降额使用 1)电子元器件的降额使用 2)机械及结构部件上的降额 4.可靠的电路设计 在电路设计中，要采用简化设计。 在电路设计

23、中尽量采用标准器件。 最坏设计。 瞬态及过应力保护。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 减少电路设计中的误差和错误。 5.冗余设计 所谓冗余，就是为了保证整个系统在局部发生故障时能够正常工作，而在系统中设置一些备份部件，一旦故障发生便启动备份部件投入工作，使系统保持正常工作的方法。 1) 两种结构11(1)mPiiRR (815)第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 对于 n个装置的串联系统，其中任何一个装置出现故障，则整个系统就无法工作。那么，串联系统的可靠度RS为： 1nSiiRR(816) 图8.23 串并联系统 11121n21222nm1m2mn第第8章章 系统的

24、可靠性设计系统的可靠性设计 在串并联系统中，每个装置由n个部件串联构成；而系统又由m个装置并联构成。设第i个装置的第j个部件的可靠度为Rij(其中i=1,2，m;j=1,2，n)，则该串并联系统的可靠度为： 111(1)mnPSijijRR (817) 图8.24 并串联系统 11121n21222nm1m2mn第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 如果m个部件并联构成装置，n个装置串联构成系统，则并串联系统的可靠度RSP为: 2) 并联冗余 (1) 部件级的冗余 (2) 微型计算机双机并联 同步问题。 故障检测。 111(1)nnSPijjiRR(818) 第第8章章 系统的可靠性设

25、计系统的可靠性设计 图8.25 3个传感器并联冗余 传感器1传感器2传感器3放大放大放大采集数据模拟门第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.26 双机并联系统框图 CPU1ROM1RAM1本地接口通信接口1输入接口1输出接口1通信接口2输入接口2输出接口2输入选择输出选择CPU2ROM2RAM2本地接口总 线 1总 线 2第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 (3) 三机表决系统 图8.27所示的三机表决系统的工作原理与前面提到的双机热备份系统类似，即3个微型机，以事件同步的方式执行同样的用户程序。 (4)冷备份 冷备份也是一种简单的冗余手段。 (5)其他冗余手段第第8章

26、章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.27 三机表决系统框图 通信接口通信接口通信接口微型机1微型机2微型机3输入输出输入输出输入输出表决器分配器输出输入第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.28 利用硬件信号封锁提高可靠性 输出锁存器清零D0D7CS输出D0D11&第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 6. 环境设计 1) 温度保护 2) 冲击振动保护 3) 电磁干扰保护 4) 其他环境方面的保护 7.人为因素设计 在微机应用系统工作过程中，由于设计时人为因素考虑不周，造成日后故障频频发生。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.4 软件可靠性设计

27、软件可靠性设计 8.4.1 软件故障的特点 软件是由若干指令或语句构成，大型软件的结构十分复杂。在许多方面，软件故障不同于硬件故障，有它的特点。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.4.2 软件错误的来源 软件错误是由设计者的错误、疏忽及考虑不够周全等设计上的原因造成的。具体说明如下。 1.没有认真进行需求调查 2.编程中的错误 3.规范错 4.性能错 5.中断与堆栈操作 6.人为因素第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.4.3 软件可靠性模型 1.以故障率为基础的穆莎模型 穆莎模型的简化式为： 式中，N0是固有的错误数； T0为开始测试时的平均无故障时间MTTF； C

28、为压缩因子，是等效时间与测试时间之比； n为错误数。 0001exp()CtnNN T(819)第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 式(819)表示，随着测试时间的增加，错误会被逐个发现，则所存在的错误就会愈来愈少。由(819)式，可导出如下的关系式：00000120021exp()( )exp()11()()ln()CtTTN TtR tTnN TTTN TTtCT (820)(821) (822)(823) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 把上面的数据代入式(822)：2211(5005)500 1.5 ()1.5100500 1.5100ln787.541.5nT

29、Thth 我们还可以接着计算，当错误减到5个，即平均无故障MTTF为100h时，50h的可靠度为： 50(100)exp()0.607100R第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 以无故障率为基础的模型 一个更加实用的、以无故障率为基础的模型称为米尔模型，又叫做错误植入模型。这种模型是将已知数目的错误故意加到软件中，在调试完成时，根据发现了多少个已知加入的错误，来建立残余的未知错误数与已知加入错误数的关系： 01exp()sssnnNNn(824)第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 式中，N0为原软件系统中的固有错误数； Ns为故意加入的错误数； ns为残余的故意加入错

30、误数； n为未被发现的错误数。 例如，某软件在测试前估计有200个错误，在测试前加入10个错误并尽可能随机安排。在测试结束时，发现9个故意加入的错误，则200个原有的错误还有多少个没有被发现?12001exp()20010.89483921101n第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.4.4 提高软件可靠性的办法 软件可靠性在很大程度上取决于设计人员的素质。为了提高软件的可靠性，具体地可从如下几个方面来考虑。 1.认真仔细地进行规范设计图8.29 编写规范的简化过程图 任务要求系统规范程序要求程序规范完成程序第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 例1 在制定规范时，逻辑上要

31、完备，不能有漏洞。设采样输入A、B、C三个值，若其中一个超过其余两个的均值10个单位，则输出采用其余两个的平均值，并显示那个超差的输入值；若不超过，则输出三个值的平均值。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.30 三取二表决系统规范 X( A B)/295 Y( A C)/2110 Z( B C)/2105A100B90C120采集：10ZA10YB10 XC(A B C)3用Z用Y用X显示A故障显示B故障显示C故障YYYNNN第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 例2在编写规范时，必须与实际情况、现场环境相结合。若还不太清楚实际情况，则需进行调查。 2. 使用好的程序设

32、计方法 3.选择合适的程序设计语言 4.细心编程 5.仔细测试 6.提高软件设计人员的素质 7.去除干扰 8.多使用 9.其他第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.5 系统的抗干扰设计系统的抗干扰设计 8.5.1 抗干扰的三要素 在微机应用系统或其他电子设备中，一个电路所受干扰的程度用下式描述： WCSI(825) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 式中，S表示电子线路受干扰的程度； W表示干扰发生源的强度； C为干扰源通过某途径到达受干扰处的耦合因素； I为受干扰电路的抗干扰性能。第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.5.2 系统的抗干扰措施 1.设计抗干扰

33、性能好的电路 1)微型计算机部分 2)数字电路设计 3)模拟电路设计 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.31 消除按键抖动干扰的部分电路 SRQ0.02 F390478202.7k2201F4.7k5V5V0.1F1004.7k5V4.7k4.7k0.1F1000.1F( a )( b )( c )( d )1110.02 F第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 克服信号传输过程中的干扰 在信号传输过程中，信号ES、串模干扰信号EN，共模干扰信号EC的形态如图8.32所示。 图8.32 信号与串模、共模干扰的关系 传输线串模干扰信号共模干扰ESECENe1e2第第

34、8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 1)减少串模的影响 由图8.32可以看到，可以采取以下措施消除或减小串模干扰的影响： 串模干扰是在信号传输线上耦合产生的，可以采取屏蔽等措施切断耦合的途径。 在接收端加上滤波器，用滤波器滤除串模干扰而不会明显地影响有用信号。 降低传输线的电阻及电抗，减小干扰在其上耦合产生的影响。 将有用信号ES在传输前进行放大，在接收端再衰减。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计2)减少共模的影响采用差分方式传输和接收。 采用电流环传输。 简单的单端隔离措施。 双端隔离。 隔离加电流环。用强信号传输。 光纤传输。 在信号传送过程中保持双线的平衡。注意传输线的

35、长度。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 3. 电源电路的抗干扰措施 1)电源中的干扰来源 电源中的干扰来源大致有如下这几种： 在电网直接受到雷击或因雷电感应所产生的极高的浪涌电压。 各种电器设备的接通或断开所引起的电网浪涌电压。 电网上连接的电气设备接地或接地断开时所引起的浪涌电压。 各种电气设备工作时产生的干扰馈送到电网上，使电网电压中带有干扰。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 电源电路本身产生的干扰。 图8.33 电网电压波形中的脉冲干扰 t(时间)A(振幅)0第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2) 抗干扰措施 人们已经研究了许多抑制电源干扰的措施，

36、在实际应用系统中，可以选择适合自己所设计的电源系统的抗干扰手段。 电源变压器的初次级屏蔽。 利用初级平衡式绕制法绕制电源变压器。 采用防雷电变压器。 减少电源变压器的泄漏磁通。 采用噪声隔离变压器。 采用电源滤波器。 采用性能好的稳压电源。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.34 变压器初次级加屏蔽措施CP1CP2初级次级第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.35 防雷变压器的结构SA1SA2SA3SA4C1C2第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.36 滤除串模和共模干扰的滤波器 L3L4L1L2C1第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.

37、37 滤除电网干扰的供电电路 变压器交流稳压器220V380V在线滤波器在线滤波器在线滤波器1在线滤波器2在线滤波器3在线滤波器4直流稳压源直流稳压源直流稳压源打印机接微处理机第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 4. 良好的接地措施 接地是每个系统设计者都会遇到的问题。看起来似乎很简单，但如果处理不好，会使系统的干扰大大增加，甚至使系统无法工作。 1) 放大器与信号源的接地 2)电缆及其接地 3) 回路及电路板的接地 4)系统的接地第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.38 放大器及其接地 (a)放大器与信号源的连接；(b)两端分别接地等效电路； (c)单端接地等效电路

38、 RCRLRSVSRCVG引线电阻信号源内阻信号引线电阻RG地电阻地电位差放大器VGRCRLRSRC150010.1RG( a )( b )VGRCRLRSRC150010.110kRGRZ( c )10k第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.39 屏蔽双绞线及同轴电缆的接地方法 (a)、(b)屏蔽双绞线的单端接地方法； (c)、(d)同轴电缆的单端接地方法 ( a )( b )( c )( d )第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.40 电路板内电路接地电阻耦合 电路电路电路I1I2I3R1R2R3第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.41 几个电路采

39、用一点接地电路1电路2电路3第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计图8.42 系统各部分接地示意图 微处理机电源低电平路电源电高电平路电源电功率器件功率器件R铜带铜带屏蔽壳机柜第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计5. 仔细设计印刷电路板，增强抗干扰能力 1)引线阻抗 2)仔细设计地线 3)滤波 4)抑制引线间的串扰 5)注意抑制反射干扰 6.认真进行结构设计第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计8.6 可靠性的总体考虑可靠性的总体考虑 8.6.1 设计过程 1.系统设计的进程 在系统设计的每一步，除了考虑系统性能指标的实现外，同时要考虑有关可靠性的要求。图8.43表示系统设

40、计的进程及与之相对应的有关可靠性的进程。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 图8.43 系统可靠性的设计进程 分析设计任务方案设想方案比较、确定硬件设计软件设计调试、考验试运行系统设计进程分析提出可靠性设想措施可靠性分配硬件措施软件措施故障评估分析改进措施可靠性考虑第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 2. 生产及使用过程 在生产及使用过程中，要对故障进行详细记录，定期提出报告并进行认真的分析。要及时总结有关系统的工作情况，找出故障的原因。 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 8.6.2 可靠性的分配方法 1.可靠性方框图的逐步展开 2.可靠性的预估 在本章前面的部分中，我们已经提到串联系统的可靠性表示方法，如式(816)所示。 当我们考虑到可靠度与时间有关系时，可以写成：111( )( )( )exp()iNSiiNNtSiiiR tR tR tet(826)(827) 第第8章章 系统的可靠性设计系统的可靠性设计 令 可以得到： 1NS