电子设备系统可靠性设计规范 讲义.

1、电子设备系统可靠性设计规范 1、电子可靠性设计原则 1.1 RAMS定义与评价指标 1.2 系统可靠性模型 1.3 系统失效率的影响要素 1.4 电子产品可靠性指标 1.5 工作环境条件的确定 1.6 系统设计与微观设计的区别 1.7 过程审查与测试 1.8 设计规范与技术标准 2、电路可靠性设计规范 2.1 降额设计 2.2 电路热设计规范 2.3 电路安全性设计规范 2.4 电路板EMC设计规范 2.5 PCB设计规范 2.6 可用性设计规范 2.7 可维修性设计规范 2.8 嵌入式软件可靠性设计规范 目目 录录 3、元器件应用 3.1 电子元器件的选型基本原则 3.2 无源元件（电阻、电

2、容、电感、接插件） 3.3 二极管/三极管 3.4 晶振 3.5 散热器件 3.6 数字IC 3.7 电控光学器件（光耦、LED） 3.8 AD/DA及运放 3.9 电控机械动作器件 3.10 能量转换器件（开关电源、电源变换芯片、变压器） 3.11 保护器件（保险丝、磁环磁珠、压敏电阻、TVS管等） 4、元器件失效机理与分析方法 4.1 常见元器件失效机理 4.2 分析方法 4.3 失效分析辅助工具 5、可靠性测试 5.1 标准符合性测试 5.2 边缘极限条件测试 5.3 容错性测试 5.4 HALT测试 5.5 破坏性测试 5.6 隐含条件测试 5.7 接口条件测试 方法论、标准 不知年之

3、所加，气之盛衰， 虚实之所起，不可以为工； 系统的观点； MECE法则。 前 言 1.1 RAMS定义与评价指标 1.2 系统可靠性模型 1.3 系统失效率的影响要素 1.4 电子产品可靠性指标 1.5 工作环境条件的确定 1.6 系统设计与微观设计的区别 1.7 过程审查与测试 1.8 设计规范与技术标准 1、电子可靠性设计原则 1.1、RAMS定义与评价指标 来自于EN50126-1999 可靠性工程：包括一整套过程、方法、工具和标准。 安全性 安全性：是一个相对概念，风险低于预期的程度。包括： 辨识 测定与分析 定量化，对危险发生概率及可能的伤害程度进行评定； 控制与处理 技术措施如消除

4、、避开、限止、转移； 管理措施如检查、教育、训练。 综合评价，危险度等级评定，与要求比较后，判明安全水平。 可用性 ISO 13407、ISO 9241： 针对计算机系统的可用性国际标准 产品，特定使用环境下， 为特定用户， 用于特定用途时， 三个指标的满足程度： 在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力。 规定条件：指使用条件、环境条件、操作技术、维修方法等，如应力、温 度、湿度、尘砂、腐蚀等 规定时间：可靠性区别于其他质量属性的特征。 规定功能：规定的功能 固有可靠性+使用可靠性 可靠性 可靠性指标 0 dt) t (RMTBF t 0 dt) t ( e) t (R (t)是失效率，

5、它是时间的函数。 可靠度成指数分布，即失效率为一个常数，则MTBF=1/ MTBF / MTTF R(t)是设备的可靠度 可维修性 按规定使用条件，在给定时间间隔内，产品保持在某一指定状态或恢 复到某一指定状态的能力。 在此状态下，若在规定的条件下实现维护并使用所指定的过程和资源 时，它能实现要求的功能。 软件称为“可维护性” 定义来源 GB/T11457-95 修复率（） 平均系统修复时间（MTTR）：包括诊断问 题的时间、维修技术人员到位的时间以及实 际维修系统的时间 平均维修时间 平均修复时间 最大修复时间 GJB451-90、GJB/Z91-97 1.2、系统可靠性模型 导通为正常 截

6、流为正常 R=Ra*Rb； R=1-(1-Ra)*(1-Rb) 1.3、系统失效率的影响要素 整机失效率 元器件平均失效率 (13)*10-5 降额因子(110)*10-2 环境因子 老练筛选效果因子 0.10.5 机械结构因子 1.52.5 制造工艺因子 1.53.5 元器件个数 试验室0.51 室内1.110 陆地固定510 车载1330 舰船载1022 机载5080 Nkkkkk s 543210 1.4、电子产品可靠性指标 )(1)( t tR k bt etR )/ )( )( K形状参数 位置参数 b尺度参数 正态分布 威布尔分布 指数分布：没有记忆的故障，偶发失效，没有必然原因；

7、 正态分布：多微因合成，没有主导因素，有基本均匀的累积效应， 由累积损耗造成故障，如腐蚀、磨损、表面破坏、老化等； 威布尔分布：有最弱环，使用串接式的机械系统、机电系统、电子 系统，这些设备的疲劳失效、真空失效、磨损失效都认为符合威布 尔分布。 1.5、工作环境条件的确定 1.6、系统设计与微观设计的区别 1.7、过程审查 方案及具体设计时参考了哪些相同或相似的产品？ 产品可靠角度上，从这些相同或相似的产品借鉴到了哪些经验？ 哪些元器件是关键元器件？ 关键元器件供货厂家提供的可靠性参数 环境条件： 这样的环境对设备的那些方面提出什么要求？ 公司同类产品出现过哪些故障？ 关键元器件和机械零件已知

8、有哪些缺点？ 这些缺点在设计中采取了哪些措施？ 在设计中假定设备、最热的部件的工作温度是多少？ 设备或部件耐热的能力是多少，有多少裕量？ 电路中有哪些暂态过程的瞬时过载？暂态保护是如何设计的？ 直径超过12mm或引头重量超过7克的器件是否可靠固定在电路板上？ 1.8 设计规范与技术标准 GB、GJB、QJ、SJ、行标、企标、ISO、IEC、EN GB/T 7828 可靠性设计评审 GJB/Z 35 元器件降额准则 GJB/Z 27 电子设备可靠性热设计手册 QJ 1474-1988 电子设备热设计规范 GJB-Z102 软件可靠性和安全性设计准则 IEC 61508-7 电气电子可编程电子安全

9、相关系统的功能安全 第7部分技术和措施 SJ 20370-1993 军用电子测试设备通用规范.设计和结构的基本要求 2.1 降额设计 2.2 电路热设计规范 2.3 电路安全性设计规范 2.4 电路板EMC设计规范 2.5 PCB设计规范 2.6 可用性设计规范 2.7 可维修性设计规范 2.8 软件可靠性设计规范 2、电路可靠性设计规范 2.1、降额设计 降额等级的确定； 降额参数与降额因子 结温功率降额实例 降额等级 由系统设计、质量、客户服务、财务等部门集体设计评审，按照 下属标准确定降额等级。 I级降额：最大的降额，适用于：a失效将导致人员伤亡或设备及 保护措施的严重破坏；b高可靠性要

10、求的设备却采用了新技术新 工艺；c设备失效不能维修；d系统对设备的尺寸重量有苛刻限制。 II级降额：a设备失效将导致设备与保障设备的损坏；b高可靠性 要求；c且采用了专门的设计；d较高的维修费用； III级降额：a设备失效不会造成人员和设备的伤亡破坏；b成熟 的标准设计；c故障设备可迅速、经济的加以修复；d设备尺寸重 量无大的限制。 电容 降额因子 中小规模集成电路降额参 数是电压、电流或功率， 以及结温。 大规模集成电路主要是降 低结温。 集成电路 降额因子 降额设计审查表 对于大功率的器件，是否至少满足级降额？ 是否考虑到开关机瞬时的电压尖刺对电阻降额的影响？ 是否考虑到与能量存储器件（电

11、感、电容等）相连的器件容易 产生瞬间的尖峰电压或者电流对相关器件降额的影响？ 钽电容降额系数是否到0.5以下？低阻应用场合（电源输入端） ，钽电容是否降额到0.3？ 支持热插拔的电路中，钽电容的降额是否满足浪涌电流应力？ 继电器的线包电流不能降额，而应保持在额定值左右（1005% ）；否则会影响继电器的可靠吸合。 电阻器降低到10%以下对可靠性提高已经没有效果。 对电容器降额应注意，对某些电容器降额水平太大，常引起低电 平失效，交流应用要比直流应用降额幅度要大，随着频率增加降 额幅度要随之增加。 结构件设计降额不能增加过大，否则造成设备体积、重量、经费 的增加。 2.2、电路热设计规范 热设计

12、基础 基本概念 传导散热 风冷散热 半导体制冷 其它制冷方式 热设计规范 热设计检查表 基本概念 热设计的目的 工程设计近似估算： 小功率器件（电子元器件）：热耗功耗； 大功率设备：近似热耗0.75*功耗； 1. 电源模块：散热量（10%-25%）功耗；转换效率75%-90%， 热阻 温差 热耗 / W W R = T / Q 风量（风速）：1CFM=0.0283m3/min 热功率密度： 热流密度： 对流换热系数： 流体与固体表面之间的换热能力，即：物体表面与附 近空气温差1、单位时间、单位面积上通过对流与 附近空气交换的热量。单位为W/(m2)。 冷却方式选择的依据 传导散热传导散热 Rj

13、a=Rjc+Rcs+Rsa Rjc： Datasheet； Rcs：用导热油脂或导热垫后再与散热器安装，0.10.2 / W； 若器件底面不绝缘另加云母片绝缘，则选1 / W； Rsa：散热片的热阻。 Ta：环境温度4060 Tj：结温125 P：热耗功率 （对非能量转换器件） Rja：热阻 传导散热经验数据 散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理， 其目的是提高散热效率及绝缘性能。 自然冷却下可提高10-15%， 通风冷却下可提高3%； 电泳涂漆可耐压500-800V。 风冷散热 确定冷却空气入口和出口的温度和压力； 确定每个电子元器件的最高允许温度(或温升）； 根据电性能和空间位置以及

14、冷却功率的要求，确定电子元器件 的排列和布置方式； 确定雷诺数； 根据系统的结构尺寸和规定的雷诺数，计算空气流过每个电子 元器件或元器件组的质量流量(或体积流量)； 计算系统的总压力损失及需要的冷却功率。 机柜温升计算 Q：机柜内的散热功率（W） V：风机的体积流量（m3/min） 基于机柜内耗散功率均匀分布的前提。 V=3.16 Q / T 局部散热风冷计算局部散热风冷计算 V：强制风冷系统必须提供的风量m3/h Q：待冷却设备或部件的总耗散热量W C：空气的比热J/(Kg) :空气的比重kg/m3 T：出口处和进口处的空气温差 空气的出口温度根据设备内各单元允许的表面温度确定； 本计算公式

15、忽略了辐射和自然对流的散热（一般有10%左 右），因此计算出的风量会稍大 风 扇 扇叶的数量、形状和倾斜程度都影响着散热效果。 （1）转速和风量 转速越高、扇叶面积越大，出风量也越大（还跟扇叶角度有关）； 单位时间内风量，空气流动，带走热量，散热效果越好。 （2）风扇轴承 滑动轴承：成本低，摩擦力大，润滑油挥发或轴承受损常致风扇噪音过 大甚至停转，故障率高； 滚珠轴承：成本高，噪音大，可靠性高，高档散热器风扇用滚珠轴承。 半导体制冷半导体制冷 半导体致冷片自身功耗大，勿用于大功率冷却，只适用于器件 和仪器仪表的冷却。 冷却功能模块的电功率一般为所需冷却功率的3%6%。 其它制冷方式其它制冷方式

16、 热管制冷 相变制冷 热设计规范 热设计前，要了解热设计有关技术要求、冷却功 率、散热器热特性、设备所处的工作环境、冷却 剂及与冷却系统相关的技术数据。 降额使用：降额，可有效减少温升； 根据器件的温度系数计算参数温漂对系统的影响； 器件选型：同样功能的低功率器件、温度不敏感元器件；片状电阻、线绕 电阻(少用碳膜电阻)、独石电容、钽电容(少用纸介电容)、MOS/CMOS电 路、硅管(少用锗管) 高热、辐射大元件安装在同一PCB，密封、隔离、接地和散热处理。 发热元件不能密集安装； 元器件的合理布局，减小热阻； 散热装置与元器件接触面平整、光洁，涂敷导热材料(硅脂、铝、铜)； 内部电路安装服从空

17、气流动方向：进风口放大电路逻辑电路敏感电 路集成电路小功率电阻电路有发热元件电路出风口； 散热器叶片要垂直印制板； 发热元器件在机箱上方，热敏元件在机箱下方 优选机箱金属壳体作散热装置，尤其是密封机箱内大热量元件； 热源接近出风孔； 热敏器件不在热流通道； 元器件和结构距离 13mm，利于空气流动； 变压器靠近出风孔； 大功率电阻和整流二极管不紧贴印制板； 结构设计成烟囱原理抽热风； 进出风孔不宜太近。 热屏蔽板隔开（抛光的金属薄板，黑度小）； 散热1W器件安装在金属底盘上，或安装传热通道通至散热器。 屏蔽罩内面涂黑，辐射能力强，外面光滑反射热能力强； 自然对流换热效率低，3-10W/m2，4

18、0温升考虑对流散热； 物理隔离法或绝热法进行热屏蔽的材料：石棉板、硅橡胶、泡沫 塑料、环氧玻璃纤维板，金属板和浇渗金属膜的陶瓷； 发热元件与机壳之间的距离大于3540mm； 保持热环境近似恒定，减轻热循环与冲击； 直接气冷时，气流中所含水份及其它污染物不得滴入带电部件 机壳的最大热流密度不超过0.039W/cm2 ，机箱温度不高于标准要 求，一般不超过42； 散热器直齿结构，齿槽垂直于水平面； 单板布局要求：大功率发热源在出风口、热敏感器件远离热源、电解 电容远离热源；. 大功率电阻须满足在预计温度下的功率降额，同等功率电阻优选大体 积； 电感和变压器既是发热器件也是热敏感器件，需散热和远离热

19、源； 自然冷却散热器：A 自然冷却时温度边界层较厚，齿间距太小，两个 齿的热边界层易交叉，影响齿表面对流，所以自然冷却散热器齿间距 12mm；如散热器齿高10mm，可按齿间距1.2倍齿高来确定散 热器的齿间距；B 散热齿表面不加波纹齿；C 自然对流散热器表面发 黑处理，强化辐射换热；D 自然对流达到热平衡的时间较长，所以散 热器基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，优选5mm。 导热：导热：导热系数大的金属材料做导热材料；利用机壳或底板进行散热； 缩短导热通路。 被散热器件与散热器的接触表面光滑平整，接触面粗糙 度Ra6.3m； 辐射是真空中传热的唯一方法。 增加辐射黑度。 增加辐射面积S

20、 辐射体对于吸收体要有良好的视角，即角系数要大。 热源附近的电子设备机箱避免处理为黑色. 室外阳光直晒的地方， 机箱处理为银白色 采用强迫风冷系统时，应保证机箱内产生足够的正压强。 减小自然对流热阻的方法：流体流经过的是垂直表面，即面对流体的表面向 上。 进入电子设备的空气与排出的空气之间的温差不应超过14； 不重复使用冷却空气；在不影响电性能的前提下。将发热量大的元件集中在 一起，并与其他元件采用热绝缘，可使系统所需风量、风压下降，从而可减 小通风机的电机功率。 通风系统进出口远离避免气流短路。 为提高发热元件的换热效率、可将元件装入与其外形相似的风道内。 抽风冷却主要适用于热损耗比较分散的

21、整机或机箱，其特点是风量大、风压 小，各部分风量分布比较均匀。 鼓风冷却主要用于单元内热量分布不均匀的情况，各单元需要有专门的风道 冷却，风量较大，因此，风压大，风量比较集中。 轴流式风机风量大、风压小；离心式风机风压高、风量小。 为防止气流回流，进口风道的横截面积应大于各出口分支风道截面积之 和。 在冷却气流流速不大的情况下，元件按叉排方式排列，这样可以提高气 流的紊流程度、增加散热效果。 集成块较多的印制电路，可以在集成元件间加紊流器，以提高换热效果 。 高原高空的电子设备对流换热系数为： 从电子设备机壳排出的冷却空气温度不能超过71 印制电路板背面30%的面积可用于有效的热传递。自然对流

22、冷却的印制 板总的传热表面积可以达到印制电路板面积的1.3倍。 液体冷却，机箱应留有冷却剂受热后膨胀的空间；冷却液粘度要低，利 于降低热阻。 水冷用去离子水，以防水垢。 冷却剂须工作在最低温度下不结冰，工作在最高温度下不沸腾。 冷却系统的吸气孔应在较低部位，而排气孔在较高部位， 热设计检查表热设计检查表 自然冷却 1)是否使用最短的热流通道? 2)是否采用金属作为导热通路? 3)电子元件采用垂直安装和交错排列? 4)对热敏感的元件是否与热源隔离,当二者距离小于 50mm,是否采 用热屏蔽? 5)对发热功率大于1W的器件,是否安装在金属底座或与金属散热器 具有良好的导热通路? 6)热源的表面黑度

23、是否足够大? 7)是否有供通风的百叶窗? 8)对密闭式热源是否有良好的导热通路？ 1)流向发热元件的空气是否经过冷却、过滤? 2)是否利用顺流气流对发热元件冷却？ 3)气流通道大小是否适当?是否畅通? 4)机的容量是否适当? 抽风/吹风选择是否恰当? 5)风机的电动机是否得到冷却? 对风机故障是否采取防护措施? 6)空气过滤器是否适当? 是否易于逐个清洗和更换/ 7)是否对系统中的气流分布进行测量或仿真? 8)关键器件是否有气流流过? 9)是否测量过关键器件的温升? 10)是否测量过风机的噪声/ 11)易损坏的散热片是否有保护措施? 12)室外电子设备是否有防水功能? 强迫风冷 功率器件是否作

24、了响应降额? 功率器件 1)是否对发热器件和热敏感器件进行隔离？ 2)对于多层印刷线路板中间层是否优良的散热通路 3)是否采用措施降低线路板到散热器或结构件之间热阻? 4)是否在必要的通路采用较粗的导线 印刷线路板 1) 对热敏感器件是否与高温热源隔离? 2) 功率器件是否安装散热器? 散热器安装方式是否合理? 散热器的表面是否经过涂覆处理? 3) 器件和散热器接触面之间,是否采取减小热阻的措施? 半导体器件 是否与热源采取隔离或绝热措施? 1)功耗大的电阻器是否采取冷却措施? 2)功耗大的电阻器是否采用提高导热的方法? 3)对功耗大的电阻器是否采取减小热阻的措施? 功率电阻 电解电容 1)是

25、否为变压器和电感提供了良好的导热通路? 2)是否为变压器和电感放置在对流良好的位置? 3)较大功耗的变压器和电感是否采取专门的散热措施? 变压器和电感 2.3、电路安全性设计规范 没有危害的设计； 有危害、做防护的设计； 有危害、无防护、做标示的设计； 安全性的设计原则： 安全用电 阻燃材料 防爆设计（压力防爆、点火防爆） 无毒 安全的种类 序号检查点序号检查点 1外部标记16防飞溅物能力 2内部标记17有安全装置的悬挂系统 3控制器件及仪表标记18无安全装置的金属悬挂系统 4符号19位置要求 5导线绝缘颜色20APG和AP型设备标记 6气瓶内气体识别21AP和APG型设备随机文件 7气瓶连接

26、点的标识22电气连接 8指示灯颜色23外壳结构 9不带灯按钮的颜色24静电预防 10随机文件25电晕 11使用说明书26 AP型设备性能要求 12技术说明书27 APG型设备性能要求 13输入功率28超温危险的防护 14环境条件29溢流 15安全类型30液体泼洒 安全性规范检查项目（1） 31剩余电压46泄漏 32剩余能量47受潮 33外壳封闭性48进液 34不用工具就可以打开罩盖和 门的安全性 49清洗、消毒和灭菌 35灯泡的安全性50压力容器的水压试验 36顶盖的安全性51压力释放装置 37控制器件的导体部件的电阻52自动复位装置 的选择 38带电部件的防护和标记53电源中断后的复位 39

27、整机外壳安全性54电源中断后机械压的解除 40调节孔安全性55危险输出的防止 41隔离56必须考虑的安全方面要危险 42应用部分的隔离57单一故障的要求 43软轴的隔离58元器件的标记 44可触及部件的隔离59元器件的固定 45电位均衡导线连接装置60电线的固定 安全性规范检查项目（2） 61保护接地阻抗73连接器的构造 62功能接地端子74部件之间的连接 63功能接地线的标记75电容器的连接 64正常温度后的连续漏电流76保护装置 65在正常温度后的电介质强度77温度和过载控制 66潮湿预处理后的电介质强度78电池 67外壳及零部件刚度79指示灯 68外壳及零部件强度80控制器的操作部件 6

28、9提拎装置承载能力81有电线连接的手持式和脚踏式控制装置 70支承件承载能力82与供电网的分断 71抗坠落性83辅助网电源输出插座 72抗搬运应力84电源软电线 安全性规范检查项目（3） 85运动部件的防护95网电源接线端子和布线 86传动部件的安全性96网电源熔断器和过电流释放器 87运动部件的可控性97网电源部分的布线 88易磨损部件的可查性98电源变压器 89电控机械运动安全性99爬电距离 90紧急装置可靠性100保护接地端子和连接 91面、角和边101内部布线 92设备稳定性102绝缘 93可搬运性103过电流和过电压保护 94电源软电线的连接 电气安全通用要求检查表.xls 安全性规

29、范检查项目（4） 2.4、电路板EMC设计规范 分立元件的高频特性 电阻的高频等效电路 电容的高频等效电路 电感的高频等效电路 共模干扰和差模干扰 共模插损与差模插损 IL=20log（V1/V2） 高频思维与低频思维 差 好 隔 离 大小电流隔离 高低电压隔离 高低频率隔离 模拟数字隔离 输入输出隔离 磁珠与磁环的特性 【材料构成】：由含铁、镍、锌等金属的氧化物构成，俗称铁氧体； 【高频特性】：高频时可以看成一个阻值随频率变化的电阻； 【特点比较】：与电感比较，分布电容小，高频特性好； 【常用场合】：线路板上的电源或信号滤波。 磁环的差模应用和共模应用 【材料构成】：含铁、镍、锌等金属的氧化

30、物构成，俗称铁氧体； 【高频特性】：高频时可以看成一个阻值随频率变化的电阻； 【优点比较】：可差模滤波又可共模滤波（根据夹入电缆的方式），应用方便; 【常用场合】：电源电缆或信号电缆。 三端电容的正确使用 滤波元器件馈通电容 原理图符号： 内部构造图： 特点： 通过螺钉直接安装在屏蔽金属结构，减小接地阻抗， 输入输出良好隔离，滤波扩展到GHz频段内。 馈通电容与普通电容阻抗特性比较 馈通电容器的阻抗特性已基本接近理想电容器。 贴片电容 PCB表面贴装电容的引脚电感几乎为零，其总电感一般来说 比普通电容小35倍；其自谐振频率一般是同等容值插件电 容的2倍； 推荐布线方式 贴片电容的阻抗曲线 选型

31、注意事项： 【额定电流】：滤波器额定工作电流=设备额定工作电流（1.52）； 【插入损耗】：滤波器IL越大越好，整改可据超标频点选合适滤波器； 【认证信息】：CE或UL认证； 【其 他】：工作温度，漏电流等。 滤波器特性 电源滤波器插入增益 插入增益在0.1/100 的插损测试下能体现 插入增益控制在EMC测试频段外，如150kHz以下。 干净地 干净地最好直接接大地或者设备金属外壳。 信号滤波器RC电路变形 R可以换成磁珠，C可以换成三端电容或者馈通电容。 信号滤波器差分线滤波电路 共模扼流圈不会影响信号线的信号质量，比单独串电阻或 磁珠要好，但注意上图中电容的容值对信号质量的影响。 信号滤

32、波器馈通滤波器与连接器配合 滤波连接器 滤波电路和连接器一体，分布电感和分布电 容很小，高频滤波好。 时钟沿变缓电路设计 从设计上使Clk上升 / 下降沿缓； 沿变缓方法是增大R和C；在时钟信号的输出端串联一个电阻R，此 电阻同时可以用来进行匹配； 电容C可采用在PCB设计时预留焊盘、通过信号线的对地分布电容来 实现。 时钟干扰抑制电路案例 视频播放产品，CLK无匹配电阻。 时钟输出匹配设计 时钟输出不匹配致信号来回反射，反射与原信号叠加， 产生振铃或过冲，致严重辐射。 时域波形频域波形 时钟输出匹配设计 串联2251 进行匹配 PCB走线阻抗 5090 一般器件输出阻抗为十几 时钟输出匹配设

33、计 时钟输出匹配后 时域图 频域图 对比对比 时钟输出（匹配前）测试结果 时钟输出（匹配后）测试结果 时钟输出 / 驱动器件的电源去耦设计 磁珠 10uF大电容 高频电容， 根据fclk选择容值， 范围100pF0.1uF， 典型值为1000pF 晶振外壳地设计 时钟器件金属外壳 设计时定义为地网络属性。 总线信号沿的设计 对可编程的总线输出芯片，用软件 控制脉冲沿的上升时间； 对不可编程的芯片，处理方法同时 钟源，每根总线对Gnd有分布电容， 所以增大R可减缓信号上升沿。 案例 SDRAM芯片总线 没加匹配电阻 总线信号输出匹配设计 匹配电阻22 51 不建议阻排： 阻排易产生串扰， 1.

34、阻排中有一个坏，整个都要换 总线驱动器件的电源去耦设计 同时钟源器件的电源去耦设计 磁珠 10uF大电容 高频电容， 根据fclk选择容值， 范围100pF0.1uF， 典型值为1000pF 关键IC的电源去耦设计 磁珠 直流阻值越小越好 百MHz时的电阻越大越好 低频电容10uF 高频电容100pF0.1uF 典型值为1000pF 开关电源干扰抑制设计 降低源辐射强度，即减小di/dt； 切断干扰耦合途径或减小辐射环路面积。 开关电源干扰抑制设计 开关电源的干扰途径，图中的1、2、3、4、5。 1和2：PCB layout 时控制回路面积； 3：电源输入端滤波；4：电源输出端滤波； 5：地线

35、上串电感或Core 开关电源干扰抑制设计 通过布线减小回路面积，抑制差模辐射 接口电路干扰抑制设计 接口电路接有外出电缆， 使共模辐射大。 接地设计 VG 和VP叠加入 电缆成共模干扰 看门狗电路抗干扰设计 瞬态抑制二极管（TVS）， 抑制干扰脉冲，如PSOT05C； 或高频滤波电容，典型值为560pF。 面板复位电路抗干扰设计 面板复位是静电非常敏感电路；处理方式如图 增加R进行限流电容典型值560pF 双向TVS管选择结电容较小 的管子，结电容1.00.6-1.00.4-0.60.3-0.40.2-0.3 14 板面积（平方英寸） Pin密度= （板上管脚总数/14） 【设计原则】：多层板

36、中，电源平面相对其相邻地平面内缩（5H20H）。 【原理分析】：电源平面相对于其回流地平面内缩可抑制“边缘辐射”。 【设计原则】：布线层的投影平面在其回流平面层区域内。 【原理分析】：布线层如不在其回流平面层地投影区域内，布线时会有信 号线在投影区域外，边缘辐射，信号回路面积地增大，致 差模辐射增大。 【设计原则】：多层板中，TOP、BOTTOM层无50MHz的信号线。 【原理分析】：将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。 【设计原则】：在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、 平行走线。 【原理分析】：减小电源电流回路面积。 【设计原则】：分层设计时，避免布线层相邻。如无法

37、避免，拉大两布线层间距， 缩小布线层与其信号回路层间距。 【原理分析】：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。 “布线层1”与“布线层2”不宜相 邻 【设计原则】：相邻平面层应避免其投影平面重叠。 【原理分析】：投影重叠时，层层间耦合电容致层间噪声耦合。 投影重叠区域 等效图 PCB布局设计 【设计原则】：PCB布局，沿信号流向直线放置原则，避 免来回环绕。 【原理分析】：避免信号直接耦合，影响信号质量。 【设计原则】：多个模块在同一板子时，数 / 模、高速 / 低速等分开布局。 【原理分析】：避免数 / 模、高速 / 低速电路的串扰。 案 例 某家用视频产品功能模块布局图 【设计原则】：

38、PCB上同时存在高、中、低速电路时，遵从下 图布局原则。 【原理分析】：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。 【设计原则】：有较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块的in / out端、 风扇、继电器）附近应放置储能和高频滤波电容。 【原理分析】：储能电容的存在可以减小大电流回路的回路面积。 【设计原则】：线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。 【原理分析】：避免已经经过了滤波的线路被再次耦合。 【设计原则】：PCB板接口电路的滤波、防护及隔离器件应靠近接口放置。 【原理分析】：防护、滤波和隔离效果好。 【设计原则】：接口处有滤波和防护电路，应先防护，后滤波。 【原理分析】：防护电路用来进

39、行外来过压和过流抑制，如果 将防护电路放置在滤波电路之后，滤波电路会 被过压和过流损坏。 【设计原则】：单板上如果有接口“干净地”，则滤波、隔离器件应放置在“干 净地”和工作地之间的隔离带上。 【原理分析】：避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，削弱效果。 滤波器件滤波器件 【设计原则】：晶振、继电器、开关电源等强辐射器件离 PCB接口连接器1000mil。 【原理分析】：干扰会直接向外辐射或在外出电缆上耦合出 电流来向外辐射。 【设计原则】：敏感电路或器件（如复位电路、WATCHDOG电路等） 远离单板各边缘，esp.单板接口侧边缘1000mil。 【原理分析】：单板接口等容易外来干扰（如静

40、电）耦合，敏感电路 又易引起系统误操作。 【设计原则】：IC滤波电容应靠近芯片供电管脚。 【原理分析】：电容离管脚越近，高频回路面积越小，辐射越小。 【设计原则】：对始端串联匹配电阻，应靠近其信号输出端放置。 【原理分析】：始端串联匹配电阻的设计原理是ZSRSZ0，如果 Rs远离输出端，则ZSRSZ0，起不到匹配效果。 【设计原则】：PCB走线，esp. 时钟线，与总线的粗细应一致。 【原理分析】：粗细不一致时，走线阻抗突变，导致信号发射， 从而产生振铃或过冲，形成强烈的EMI辐射。 GND 晶振 R 强烈的EMI源 【设计原则】：CLK、BUS、RF线等关键信号走线和其他 同层平行走线应满足

41、3W原则。分层走线之间同理。 【原理分析】：避免信号之间的串扰。 【设计原则】：电流1A的电源所用的表贴保险丝、磁珠、电感、钽 电容的焊盘应不不少于两个过孔接到平面层。 【原理分析】：减小过孔等效阻抗。 【设计原则】：差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗一 致，差分线间无其它走线。 【原理分析】：保证差分线对的共模阻抗相等，提高其抗干扰能力。 【设计原则】：关键信号走线一定不能跨分割区走线（包括过孔、 焊盘导致的参考平面间隙）。 【原理分析】：跨分割区走线会导致信号回路面积的增大。 【设计原则】：信号线跨回流平面分割地不可避免时，在信号跨 分割附近桥接1nF电容处理。 【原理分析】：信号

42、跨分割时，常常会导致其回路面积增大，采 用桥接地方式是人为的为其设置信号回路。 高频接地，直流不接地 【设计原则】：单板上滤波器（滤波电路）下方没有无关信号走线。 【原理分析】：分布电容会削弱滤波器的滤波效果。 【设计原则】：信号线（特别是关键信号线）换层时，应在其换 层过孔附近设计地过孔。 【原理分析】：减小信号回路面积。 【设计原则】：CLK、BUS、RF线等强辐射信号线远离 接口外出信号线。 【原理分析】：避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出 信号线上，向外辐射。 【设计原则】：敏感信号线如Reset、CS、Ctrl等远离接口 外出信号线。 【原理分析】：接口外出信号线常常带进外来干扰，耦

43、合到 敏感信号线时会导致系统误操作。 【设计原则】：单面板或双面板，电源线走线很长，每隔3000mil 对地加去耦电容（10uF1000pF） 。 【原理分析】：滤除电源线上地高频噪声。 PCB丝印图用标传送方向； 工艺边510mm，无元器件或焊点； 非传送方向的工艺边，元器件/焊盘留35mm到边； 可插拔元器件/连接器，周围3mm内不布SMD元器件； 静电敏感元件不要放在靠边的位置； 冲击振动会轻微移动/无坚固外形的元器件，立装电阻、 磁环等远离PCB边缘； 多引脚插装件，连接器、DIP等，布局使轴线和波峰焊 方向垂直，避免波峰焊连锡； 同类型、同极性元器件排列规则在同一块板上相同。 箔走线

44、距板边距离1.52.5mm PCB工艺 元器件引脚直径(d) 与焊盘孔径(D) 对应关系： d 1.0 mm D= d + 0.3 mm 1.0 mm 2.0 mm D= d + 0.5 mm 椭圆焊盘的使用：插拔件、可调器件 焊盘规则 过波峰焊的插件元件，焊盘边缘间距1.0mm不连锡； 邻焊盘边缘间距为0.6mm-1.0mm 时，尾端偷锡焊盘； 过波峰焊的底面表贴件。 偷锡焊盘 建议：悬空的散热器与单板内电源GND、或屏蔽地、或保 护地连接（优先屏蔽地或保护地），以降低辐射干扰； 在晶体下面铺设接地的铜皮，避免在其下方穿越信号线； 变压器、光耦、电源模块下面应尽量避免在其下穿越信号 线。 布

45、线规则 光学MARK点 锡膏印刷和元件贴片时的光学定位点； 拼板基准点、单元板基准点、局部基准点； BGA及多引脚封装，应在对角线放置一对局部基 准点，保证贴装精度； MARK点一般为1mm的圆形焊盘； 2.6、可用性设计规范 视觉（色彩和显示） 照明 控制（操作和布局） 报警 其它（如移动） 对于用户来说，用户界面即系统； 控制设备菜单不许超过3级，任何功能操作不允许超过3 个操作就要完成； 色彩冷/暖色调与环境的适应性、行业和环境对色彩的特 殊要求； 符合操作习惯； 考虑可用性，参照相关标准（标准号）； 请有思考的真正用户做可用性设计师，区别专家和普通 用户，别被专家误导。 不换算、不重复

46、、符号和图形信息、分区、下意识习惯 不显示重复信息，避免自相矛盾。 显示精确迅速；只需可否的，则用yes/no指示器； 变化不宜太快，2字/s； 仪表读数可直接使用，不用分数和小数；更要避免对信息人工 运算； 减少过多的目视显示； 显示边界留余量； 仪表面色彩和文字用差别最大的颜色； 无过渡数值的变量，采用数字跳动指示器； 如果整数间距离太大，勿用计数器型的显示器； 标签上用大写字母，但说明部分用大写字母开头的小写字母； 仪表盘标单位，不标名称，rpm与转速计 视觉特点 显示分辨率与视距范围 图形符号的指示灯优先使用； 不用反光面或光亮的金属面。 照 明 按钮压力在按钮压力在 284g 113

47、4g之间之间 操作 / 控制划分区域； 按钮操作有效果反馈指示，如声、光、感觉； 操作状态下，常用控制器的高度在操作者肘弯和肩膀间； 被控制量与控制操作方向相同，左转就左旋钮，增加就向上； 旋转手柄的调节力：手腕1kg、手肘4kg、全胳臂8kg； 标记符号不宜在操作键上，或在符号上加防磨损膜； 不同的控制器用眼睛易分辨，用手感易分辨； 将控制器与指示器的数目限制到最低限度； 控 制 站着看的垂直安装仪表，距地面104-188cm，127-175cm为佳。 站着操作，控制器距地面高度86-188cm，86-145cm为佳。 坐着看的垂直显示器，距椅面高度15-122cm，36-94为佳。 坐着操

48、作，控制器距椅面高度20-89cm，20-76cm为佳。 常用控制器与操作者肩膀的距离环境噪声+20dB； 报警故障的原因、解决方法能直接显示。 报 警 可用性设计准则.pdf 2.7、可维修性设计规范 总体要求： GJB368.*87 系列标准 维修等级，评价指标 使用固定零件与电路设计，避免维修调整； 现场维修不用特殊仪器； 现场解决维修零配件； 维修用工具简单好带； 小型化设计，减少包装与运输费用，好搬动维修； 故障诊断 可接近性和可更换性 安装交付 指标：故障定位时间、换件时间、维修及检测工具种类和规格； 结构简单和模块化设计，可快速解脱，易拆装和故障检查； 有分机故障隔离措施； 有故

49、障诊断设计、或故障诊断设备； 维修人员能见到全部零件； 插头、插脚、连接线有明显标记； 紧固件个数最少； 特殊工具须厂家配且随设备一体； 时间累计器指示工作和备用器件耗费的时间； 设计准则 机内有故障检测电路，发光二极管、表头等指示故障； 无专用测试设备时，尽可能使用通用测试设备； 关键测试点应便于接触； 在线测试点设在边缘，以便测试操作； 模件在工作条件下应能自行测试或易于测试，且不用特殊的工 具或电缆； 调整参数唯一，不可联动； 模件可单独检查和调整，且装到设备后，不再需要调整；可更 换的功能组件，勿需调整校准； 测试点标容许极限； 电缆编号，标记； 3个动作能开始对目标模块的操作，1个工

50、具能进行拆卸； 必须插头插座：A.子系统（分机）、整件、部件之间；B.野外需更 换的模件、零件和部件； 连接优选顺序：徒手卡锁旋少于一圈通用工具旋多圈专用工 具; 多脚接插件 大量的少脚接插件； 防反插的措施：外形、插脚、管脚间距、定位销、编号、色彩、标 记标识； 插头类型选取：A.插头多种类少会误插；B插头多种类多会多料； 可拆卸部件，应能确保接头在电缆拉断前自动脱开； 插头插座 少量大紧固件 多量小紧固件，装单一部件=4个紧 固件； 紧固件装卸 一圈，螺钉螺栓螺母2牙； 不同标准件有明显不同，避免装配误操作； 紧固件与固定架的电化学防腐； 防丢失脱落：如螺栓安装头部向上，以免螺母松脱时 螺

51、栓掉下，小的活动件用链子系住； 紧固件 手册手册 包装包装 维修工具维修工具 现场零部配件现场零部配件 配附件 影响可维修性的因素 2.8、软件可靠性设计规范 1 排版 2 注释 3 标识符命名 4 可读性 5 变量、结构 6 函数、过程 7 可测性 8 程序效率 9 质量保证 10 代码编辑、编译、审查 11 代码测试、维护 12 宏 3-1：标识符的命名有明确含义，完整单词或易理解的缩写。短单词通过 去掉“元音”形成缩写；长单词取头几个字母形成缩写；一些单词有公 认的缩写。 示例：Temptmp; Flagflg ;Statisticstat ; increment 可缩写 为 inc ;

52、 message 可缩写为 msg ; 3-2：特殊约定或缩写，要有注释说明。在源文件开始处，对使用的缩写 或约定注释说明。 3-3：自己特有的命名风格，要自始至终保持一致。 3-4：对于变量命名，禁止取单个字符（如i、j、k.）；含义+变量类型、 数据类型等，i、j、k作局部循环变量是允许的，但容易混淆的字母慎用。 示例：int liv_Width， l局部变量（Local）（g全局变量Global）、i 数据类型（Interger）、v 变量（Variable）（c常量Const） Width 变量含义。可防止局部变量与全局变量重名。 标识符命名 3-5：除非必要，不要用数字或较奇怪的字符

53、来定义标识符。 3-6：在同一软件产品内，应规划好接口部分标识符（变量、 结构、函数及常量）的命名，防止编译、链接时产生冲突。 说明：对接口部分的标识符应该有更严格限制，防止冲突。 如可规定接口部分的变量与常量之前加上“模块”标识等。 3-7：用正确的反义词组命名具有互斥意义的变量或相反动作 的函数等。 3-8：除了编译开关/头文件等特殊应用，应避免使用 _EXAMPLE_TEST_之类以下划线开始和结尾的定义。 变量、结构 5-1：将公共变量的数量作为软件质量考核指标，可降低 模块间耦合度。 5-2：明确公共变量与操作此公共变量的函数或过程的关 系，如访问、修改及创建等。 5-3：对公共变量

54、赋值时进行合法性检查。 5-4：严禁使用未经初始化的变量作为右值。 5-5：构造公共变量时，仅有一个模块或函数可以修改或 创建，其余只能访问，可降低公共变量耦合度。 5-6：结构的功能要单一，是针对一种事务的抽象。 5-7：数据类型的强制转换，减少没有必要的数据类型默 认转换与强制转换。 函数、过程 6-1：对所调用函数的错误返回码要仔细全面处理。 6-2：编写可重入函数时，应注意局部变量的使用。 6-3：在同一项目组，明确规定对接口函数参数的合法性检查应由 函数的调用者负责还是由接口函数本身负责，缺省是由函数调用者 负责。 6-4：防止将函数的参数作为工作变量。 6-5：函数的规模尽量限制在

55、200行以内（不包括注释和空格行）。 6-6：一个函数仅完成一件功能。 6-7：为简单功能编写函数。 6-8：尽量不要编写依赖于其他函数内部实现的函数。 6-9：不使用的参数从函数接口中去掉，减少函数间接口的复杂度。 6-10：非调度函数应减少或防止控制参数，尽量只使用数据参数。 说明：防止函数间的控制耦合。调度函数是指根据输入的消息类型或控 制命令，来启动相应的功能实体（即函数或过程），而本身并不完成具 体功能。控制参数是指改变函数功能行为的参数，即函数要根据此参数 来决定具体怎样工作。 6-11：检查函数所有参数输入的有效性。 6-12：检查函数所有非参数输入的有效性，如数据文件、公共变量

56、等。 6-13：函数名准确描述函数的功能。 6-14：使用动宾词组为执行某操作的函数命名。 6-15：函数的返回值清楚明了，让使用者不容易忽视 错误情况。 6-16：避免函数中不必要语句，防止程序中的垃圾代码。 6-17：防止把没有关联的语句放到一个函数中,防止函数内出现随机 内聚。随机内聚是指将没有关联或关联很弱的语句放到同一个函数 或过程中。随机内聚给函数或过程的维护、测试及以后的升级等造 成了不便。 6-18：如果多段代码重复做同一件事情，那么在函数的划分上可能 存在问题。 6-19：功能不明确较小的函数，特别是仅有一个上级函数调用它 时，应考虑把它合并到上级函数中，而不必单独存在。 6

57、-20：设计高扇入、合理扇出（小于7）的函数。 说明：扇出是指一个函数直接调用（控制）其它函数的数目，而 扇入是指有多少上级函数调用它。扇出（调度函数除外）通常是 3-5。 6-21：仔细分析模块的功能及性能需求，并进一步细分，同时若 有必要画出有关数据流图，据此来进行模块的函数划分与组织。 软件设计规范示例 B4.4 减少操作可能性 目标：减少普通用户的操作可能性 描述：通过以下方法达到： 以特殊的方式进行操作，比如用钥匙开关 减少需要操作的器件的数量 减少操作方式的数量 其他规范： 对非需求输入进行判别和屏蔽； 对控制执行的输出效果进行检测； 对全局变量的修改进行判断和标志说明 3、元器件

58、选型 3.1 电子元器件的选型基本原则 3.2 无源元件（电阻、电容、电感、接插件） 3.3 二极管/三极管 3.4 晶振 3.5 散热器件 3.6 数字IC 3.7 电控光学器件（光耦、LED） 3.8 AD/DA 及 运放 3.9 电控机械动作器件 3.10 能量转换器件（开关电源、电源变换芯片、变压器） 3.11 保护器件（保险丝、磁环磁珠、压敏电阻、TVS管等） 3.1、元器件选型原则 功能指标（降额后满足指标要求） 常用器件、已用器件 有兼容管脚替代品的器件 符合工作环境综合条件 封装与安装形式 低频、缓上升沿 材料特性 可靠性指标 阅读、熟悉并深入了解阅读、熟悉并深入了解Datas

59、heet上每个参上每个参 数和波形对电路设计结果的影响数和波形对电路设计结果的影响 3.2、无源器件 电阻 电容 电感 接插件 电阻 电阻高频等效特性 电阻的指标 电阻的种类 电阻的结构、制作工艺及由此引起的特 性差别 1M电阻，1W，220V加压，I=0.22mA，可否? 直插定值电阻（膜式电阻和线绕电阻） 贴装定值电阻 电位器 热敏电阻 压敏电阻 0电阻 热敏电阻(PTC、NTC)的指标： 测量功率：在规定的环境温度下，电阻体受测量电源加 热而引起阻值变化不超过0.1时所消耗的功率； 材料常数，电阻温度系数，热时间常数，耗散系数，开 关温度，最高工作温度，标称电压，工作电流，稳压范围， 最

60、大电压，绝缘电阻 压敏电阻（VSR）： 标称电压：通过1mA DC电流时压敏电阻器两端的电压值； 电压比：电流1mA时产生的电压与电流0.1mA时产生的电压之比； 最大限制电压 残压比：流过压敏电阻的电流为某一值时其两端所产生的电压值与标称电 压的比值； 通流量：在规定条件下允许通过压敏电阻上的最大脉冲电流值； 漏电流：压敏电阻在规定的温度和最大直流电压下，流过电阻器的电流； 电压温度系数：规定温度范围内，通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度 改变1时压敏电阻器两端电压的相对变化； 电流温度系数：压敏电阻器两端电压保持恒定时，温度改变1时，流过的 电流的相对变化； 电压非线性系数：给定外加电压