可靠性设计
考试要求: 掌握     
知识路径:  > 嵌入式系统硬件基础知识  > 电子电路设计  > 电子电路设计基础知识  > 电子电路可靠性设计  > 电子电路可靠性设计


 
       嵌入式系统硬件相关的可靠性设计往往是为“在有限的资源下尽可能提高可靠性”。因此可靠性设计通常需要考虑如下因素,以平衡不同因素对可靠性的影响:
       .有效的散热,降低高温对系统的危害;
       .尽量减少高敏感元器件的使用;
       .更多的使用可靠度高、质量好的元器件;
       .指定采用屏蔽性好或者内嵌的测试方法;
       .使用最少的元器件设计出来简单的电路;
       .在电子元器件级别进行冗余。
       温度是影响所有电子元器件的重要因素之一,而所有元器件都会产生热量。过高的温度会对元器件造成不可逆转的损伤,并阻碍电流流动。而且高温也是元器件损害的最主要的原因。同时过低温也会损坏电子设备。一般来说设备需要工作在所设计的环境中,不同级别的设备会对不同环境的耐受级别不同,因此根据不同用途要选择合适的设备,同时使用适当的散热或者保温措施。
       重要的是,元器件工作在标称额定值(环境)以内对电子设备的可靠性会有较大的提升。对于电容、电阻等元器件和各类芯片,都会对电压、电阻、功率、频率等有着严格的规定。保证电子元器件、电路工作在合理的环境中可以有效的保护元器件、降低故障发生的可能,提高可用性。此外选用高可靠的元器件也可以有效地提高可靠性。在选用可靠的元器件并对环境做出保证后,还应当进行筛选和老化实验保证元器件的一部分不合格元器件筛除。
       根据概率论的相关知识,若假设所有元器件出错的概率为p,而n个元器件中任意元器件出错都会导致系统崩溃,则整个系统出错的概率为1-(1-pn。当n增加时,出错的概率会以指数形式增长。因此,降低元器件个数、简化设计可以有效地降低故障发生的概率从而提高可靠性。当一个部件的故障率为p而同时有n个冗余部件时,其整体故障的概率为pn。可以看出,当冗余元器件增多的时候,整体的故障概率会成指数形式降低。因此,有效的冗余设计可以保证系统的可靠性提高。
 

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