嵌入式系統可靠性設計技術及案例解析, 2/e

武曄卿，
工學碩士，瑞迪航科(北京)技術有限公司，技術總監，專注於電子可靠性設計和測試技術。

王廣輝，
工學學士，航天23所資深嵌入式系統副主任調試師，專注於嵌入式系統調試、可靠性分析、實驗和製造工藝技術的研究。

彭耀光，
電子工程師，中北大學，專注於嵌入式軟硬件系統可靠性設計與測試技術的研究。

第0章可靠性設計方法論 1
0．1可靠性設計的目的 1
0．2可靠性設計的內容 1
0．2．1系統設計 2
0．2．2容差設計 3
0．2．3可靠性目標 3
0．2．4實現手段 3

第1章可靠性技術的基礎內容 5
1．1嵌入式系統失效率影響要素 6
1．1．1器件選型 6
1．1．2降額 7
1．1．3環境條件 8
1．1．4機械結構因子 8
1．1．5元器件的個數10
1．2嵌入式系統失效率曲線10
1．3嵌入式系統可靠性模型12
1．4可靠性與RAMS 15
1．5工作環境條件的確定15
1．6容差分析與精度分配方法17
1．7過渡過程20
1．8系統方案設計21
1．8．1系統設計的內容21
1．8．2基於系統設計的故障模式與失效分析方法(DFMEA) 25
1．9阻抗連續性27

第2章降額設計規範30
2．1降額總則31
2．1．1定義31
2．1．2降額等級31
2．2電阻降額34
2．2．1定值電阻降額36
2．2．2電位器降額37
2．2．3熱敏電阻降額38
2．3電容降額38
2．3．1固定電容器降額40
2．3．2電解電容器降額40
2．3．3可調電容器降額41
2．4集成電路降額41
2．4．1模擬集成電路降額42
2．4．2數字電路降額45
2．4．3混合集成電路降額46
2．4．4大規模集成電路47
2．4．5集成電路通用降額準則47
2．5分立半導體元件降額47
2．5．1晶體管47
2．5．2微波晶體管48
2．5．3二極管48
2．5．4可控矽50
2．5．5半導體光電器件50
2．6電感降額51
2．7繼電器降額52
2．8開關降額53
2．9光纖器件降額54
2．10連接器降額55
2．11導線與電纜降額55
2．12保險絲降額56
2．13晶體降額57
2．14電機降額58
2．15補充規範58
2．16器件選型與降額實例59

第3章嵌入式硬件系統熱設計規範60
3．1熱設計基礎62
3．1．1熱流密度63
3．1．2熱功率密度64
3．1．3熱阻65
3．1．4對流換熱係數68
3．1．5散熱方式選擇68
3．2自然冷卻設計方法69
3．2．1自然冷卻散熱計算69
3．2．2散熱片選型70
3．2．3自然冷卻熱設計規範72
3．3強迫風冷設計方法74
3．3．1風冷散熱計算74
3．3．2風冷散熱器件選型76
3．3．3風冷設計規範78
3．4熱電致冷79
3．5熱測試技術80
3．5．1熱測試方法80
3．5．2熱測試要求80
3．6其他散熱方式82
3．6．1液體致冷82
3．6．2熱管導熱82
3．6．3相變冷卻84

第4章電子工藝設計規範86
4．1PCB板86
4．1．1PCB尺寸與形狀86
4．1．2PCB基材89
4．1．3鍍層90
4．1．4板層數90
4．1．5可生產性設計91
4．2焊盤、過孔91
4．2．1焊盤91
4．2．2導通孔92
4．2．3安裝螺釘孔92
4．3佈局規則92
4．3．1器件方向92
4．3．2器件佈局92
4．4佈線規則95
4．4．1PCB佈線鍍層95
4．4．2佈線規則95
4．4．3插座引腳走線109
4．5標識109
4．5．1標識類型109
4．5．2標識要求109
4．6可測試性設計115
4．7線纜116
4．8板級接地措施117
4．9防護工藝117
4．9．1MSD防護117
4．9．2PCB三防工藝120
4．9．3ESD防護工藝121
4．10常用器件的失效機理124
4．10．1電阻的失效機理124
4．10．2電容的失效機理124
4．10．3IC的失效機理127
4．10．4磁珠磁環的選型與失效機理129
4．10．5接插件的失效機理131
4．10．6功率器件的失效機理134
4．10．7器件失效測試(VI 曲線) 135

第5章電路系統安全設計規範137
5．1定義138
5．1．1I類設備138
5．1．2II類設備139
5．1．3應用部分140
5．1．4漏電流141
5．1．5電氣間隙與爬電距離141
5．2標記的要求141
5．2．1外部標記141
5．2．2內部標記142
5．2．3控制器件及儀表標記143
5．2．4導線143
5．2．5指示燈的顏色144
5．2．6不帶燈按鈕的顏色144
5．2．7符號144
5．3環境條件145
5．4對電擊危險的防護146
5．5對機械危險的防護150
5．6隨機文件的要求153
5．7電氣連接154
5．8靜電防護154
5．9電暈155
5．10超溫與防火155
5．11溢流和液體潑灑155
5．12洩漏、受潮和進液155
5．13清洗、消毒和滅菌155
5．14壓力釋放裝置156
5．15中斷復位156
5．16危險輸出的防止156
5．17必須考慮的涉及安全方面的危險156
5．18單一故障的要求157
5．19元器件的要求157
5．20連接的要求157
5．21保護裝置158
5．22電池和指示燈158
5．23控制器的操作部件158
5．24有電線連接的手持式和腳踏式控制裝置159
5．25與供電網的分斷159
5．26電源軟電線160
5．27網電源161
5．28保護接地端子和連接162
5．29內部佈線162
5．30絕緣162
5．31過電流和過電壓保護163

第6章嵌入式接口軟件可靠性設計規範164
6．1概述165
6．1．1定義165
6．1．2一般要求165
6．1．3軟件分級166
6．2編譯器常見問題防護設計規範167
6．3代碼問題防護設計規範168
6．3．1架構設計169
6．3．2可視化與簡單化171
6．3．3代碼設計規範172
6．4存儲與變量編程及定義規範182
6．5軟硬件接口設計規範184
6．6人機接口設計規範189
6．7報警設計規範190

第7章嵌入式系統EMC設計規範195
7．1概述195
7．1．1電阻高頻等效特性196
7．1．2電容高頻等效特性196
7．1．3電感高頻等效特性197
7．1．4磁環磁珠高頻等效特性198
7．1．5導線高頻等效特性198
7．1．6差模干擾與共模干擾199
7．2整機外部接口199
7．2．1按鍵面膜199
7．2．2電源接口199
7．2．3顯示窗口201
7．3接地201
7．3．1安規接地與EMC接地的區別203
7．3．2接地的分類203
7．3．3單點接地與多點接地204
7．3．4接地規範206
7．4電路板209
7．4．1電路原理圖設計209
7．4．2佈線213
7．4．3元器件佈局214
7．4．4安裝固定215
7．4．5EMC元器件選型216
7．5接插件和電纜分類218
7．6機械結構219
7．6．1材料219
7．6．2機殼噴塗工藝及接縫219
7．6．3機殼開口219

第8章嵌入式系統可維修性設計規範222

第9章嵌入式系統可用性設計規範233

參考文獻244