第17章 电子系统的可靠性和电磁兼容性设计

《电子系统设计与实践》

第17章 电子系统的可靠性和 电磁兼容性设计范文兵2012年春季

郑州大学信息工程学院电子信息工程系TM

17.1 概述

可靠性是衡量电子系统优劣的一个重要因素。可 靠性的理论基础始于20世纪30年代初，最初是将 统计方法运用于工业产品的质量控制中。二战期 间，许多复杂系统如航空电子、通信系统等暴露 出了严重的可靠性设计缺陷，随后兴起的太空研 究促进了可靠性学科的发展。如今，可靠性已应 用到各个领域，已成为衡量产品质量和竞争力的 重要指标。表9.1.1列出了常见的有关可靠性的设 计标准。

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17.1 概述

下面分别介绍可靠性对硬件设计和软件设计的具 体要求。

(1)硬件方面一个系统在遇到强烈环境干扰的情况下，性能可 能会出现一些暂时的不稳定，这是不可避免的， 而可靠性设计所能做的是：

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17.1 概述

如何抑制这些干扰，使其不致于给后面的电 路带来更大的影响。

即使出现某种干扰，不会引起严重的后果， 也不会带来重大经济损失。 使系统在干扰信号引起状态混乱后，仍能正 确地引导系统，使其重新开始正常工作。

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17.1 概述

下面分别介绍可靠性对硬件设计和软件设计的具体要求。 (1)硬件方面

一个系统在遇到强烈环境干扰的情况下，性能可能会出现 一些暂时的不稳定，这是不可避免的，而可靠性设计所能 做的是： 如何抑制这些干扰，使其不致于给后面的电路带来更大 的影响。 即使出现某种干扰，不会引起严重的后果，也不会带来 重大经济损失。 使系统在干扰信号引起状态混乱后，仍能正确地引导系 统，使其重新开始正常工作。55

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17.1 概述

(2)软件方面 电子系统的软件可靠性主要体现在以下几方 面：恶劣环境下的抗干扰能力 电子系统的正常运行 电子系统的自我保护能力 应用程序的错误识别

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17.2 可靠性涉及的性能指标

出于分析、评估及提高系统可靠性的考虑， 设计者需要对可靠性指标有一定的了解。由 于系统故障的出现有可能是随机的，需要通 过统计方法总结故障发生的分布规律和与之 对应的维修

时间的分布规律。

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17.2 可靠性涉及的性能指标

① 可靠度 ② 故障率 ③ 平均无故障时间(MTTF)/平均维修时间 (MTTR) ④ 利用率

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17.3 电子系统可靠性设计方法

在设计系统的时候，应先根据系统的性能指标和 功能要求决定系统的结构形式、划分软硬件的分 工，确定具体电路形式及元器件选型等设计工作 。系统的设计方案在很大程度上也就决定了系统 的可靠性。在系统方案设计时应遵循如下原则。

(1)简化方案

(2)避免片面追求高性能指标和过多的功能(3)合理划分软/硬件功能 (4)尽可能用数字电路代替模拟电路 (5)变被动为主动TM 《电子系统设计与实践》 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵

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17.3 电子系统可靠性设计方法

17.3.1 电子系统硬件可靠性设计

硬件系统的设计主要是在系统元器件级别上 的设计，包括元器件的选取、系统的布局等 。

(1)元器件的合理选用 (2)电阻和电位器

(3)电容器(4)存储器

(5)嵌入式处理器TM 《电子系统设计与实践》 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵

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17.3 电子系统可靠性设计方法

17.3.2 常用元器件的可靠性分析

电子元器件是构建电子系统的基本组成部分 ，对系统的可靠性起着至关重要的作用。因 此在电子系统设计过程中，必须保证电子元 器件的可靠性。由于某种原因使电子元器件 丧失了应有的功能，造成电子元器件失效， 则需要更换电子元器件。

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17.3 电子系统可靠性设计方法

17.3.3 提高电子系统可靠性的具体措施 (1)冗余设计 (2)减少环境因素对可靠性的影响

(3)抗振动设计(4)三防设计TM 《电子系统设计与实践》 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵

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17.4 嵌入式软件的可靠性设计

嵌入式系统是软件、硬件的结合体，需要两 部分相互配合、协调一致，任何一部分出现 的不稳定都将影响整个系统的正常工作。硬 件可靠性经过近30年的发展，已经建立了一 套完整的量化指标、测试手段和实际可行的 措施。与硬件可靠性的发展相比，软件可靠 性相对迟滞，尚无完整的定量规范可以使用 。

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17.4 嵌入式软件的可靠性设计

17.4 .1 嵌入式软件的可靠性设计

软件可靠性与硬件可靠性之间主要存在以下区别。最明显的是硬件有老化损耗现象，硬件失效是物理故障，是器件物理 变化的必然结果， 硬件可靠性的决定因素是时间，受设计、生产、运用所有过程的影响 硬件的纠错维护可通过修复或更换失效的系统而重新恢复功能，软件 只能重新设计 基于预估计可靠性测试和可靠性的逐步提升等技术对软件和硬件有不 同的意义。 为提高硬件可靠性可采用冗余技术，而同一软件的冗余不能提高可靠 性。 硬件可靠性检验方法已建立，并已标准化且有一套完整的理论；而软 件可靠性验证方法仍未建立，更没有完整的理论体系。

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17.4 嵌入式软件的可靠性设计

17.4.2 影响软件可靠性的因素

影响其可靠性的因素主要包括：① 需求分 析定义错误，如用户提出的需求不完整，用 户需求变更未及时消化，软件开发者和用户 对需求的理解不同等；② 设计错误，如处 理的结构和算法错误，缺乏对特殊情况和错 误处理的考虑等；③ 编码错误，如语法错 误、变量初始化错误等；④ 测试错误，如 数据准备错误，测试用例错误等；⑤ 文档 错误，如文档不齐全，文档相关内容不一致 ，文档版本不一致，缺乏完整性等。1515

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17.4 嵌入式软件的可靠性设计

17.4.3 提高软件可靠性的方法和技术(1)建立以可靠性为核心的质量标准 (2)选择开发方法 (3)软件重用 (4)使用开发管理工具 (5)加强测试 (6)可靠性设计TM 《电子系统设计与实践》 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵

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