可靠性與抗干擾技術(shù)概述

1、下一頁(yè)第一章第一章 可靠性與抗干擾技術(shù)概述可靠性與抗干擾技術(shù)概述談?dòng)⒆藮|南大學(xué)自控系工業(yè)自動(dòng)化教研室東南大學(xué)自控系工業(yè)自動(dòng)化教研室NEXTRETNSTOP第第 2 頁(yè)頁(yè)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l研究抗干擾技術(shù)的重要性研究抗干擾技術(shù)的重要性l可靠性概念可靠性概念l微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)任務(wù)與方法微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)任務(wù)與方法l電磁兼容性設(shè)計(jì)及常用術(shù)語(yǔ)電磁兼容性設(shè)計(jì)及常用術(shù)語(yǔ)l干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)l干擾的耦合方式干擾的耦合方式l單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的主要途經(jīng)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的主要途經(jīng)NEXTRETNSTOP第第 3 頁(yè)頁(yè)可靠性概念可靠性概念l可靠性定義及其定量描述可靠性定義及其定量描

2、述 可靠性的經(jīng)典定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定可靠性的經(jīng)典定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 描述可靠性的定量指標(biāo)：描述可靠性的定量指標(biāo)： 可靠度可靠度 失效率失效率 平均壽命平均壽命l系統(tǒng)的可靠性模型系統(tǒng)的可靠性模型 串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型 并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型 混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型 K/n 系統(tǒng)系統(tǒng)NEXTRETNSTOP第第 4 頁(yè)頁(yè)可靠度可靠度l可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，一般記為內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，一般記為R。它是時(shí)間的函數(shù)，故也記為它是時(shí)間的函數(shù)，故也記為R

3、（t）,稱(chēng)稱(chēng)為可靠度函數(shù)。為可靠度函數(shù)。 如果用隨機(jī)變量如果用隨機(jī)變量T T表示產(chǎn)品從表示產(chǎn)品從開(kāi)始工作到發(fā)生失效或故障開(kāi)始工作到發(fā)生失效或故障的時(shí)間，其概率密度為的時(shí)間，其概率密度為f f（t t）如上圖所示，若用如上圖所示，若用t t表示某一表示某一指定時(shí)刻，則該產(chǎn)品在該時(shí)指定時(shí)刻，則該產(chǎn)品在該時(shí)刻的可靠度刻的可靠度)()(tTPtRNEXTRETNSTOP第第 5 頁(yè)頁(yè)失效率失效率l失效率：失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效失效率：失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為的概率。一般記為,它也是時(shí)間它也是時(shí)間t的函數(shù)的

4、函數(shù),故故也記為也記為(t),稱(chēng)為失效率函數(shù)稱(chēng)為失效率函數(shù),有時(shí)也稱(chēng)為故有時(shí)也稱(chēng)為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù). NEXTRETNSTOP第第 6 頁(yè)頁(yè)平均壽命平均壽命l平均壽命：平均壽命是壽命的平均值，對(duì)平均壽命：平均壽命是壽命的平均值，對(duì)不可修復(fù)產(chǎn)品常用失效前平均時(shí)間，一般不可修復(fù)產(chǎn)品常用失效前平均時(shí)間，一般記為記為MTTP，對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品則常用平均無(wú)故，對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品則常用平均無(wú)故障工作時(shí)間，一般記為障工作時(shí)間，一般記為MTBF。它們都表示。它們都表示無(wú)故障工作時(shí)間無(wú)故障工作時(shí)間T的期望的期望E（T）或簡(jiǎn)記為）或簡(jiǎn)記為t.當(dāng)產(chǎn)品的可靠度為當(dāng)產(chǎn)品的可靠度為R(t)時(shí)，平均無(wú)故障時(shí)間時(shí)

5、，平均無(wú)故障時(shí)間可表示為：可表示為： NEXTRETNSTOP第第 7 頁(yè)頁(yè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型l串聯(lián)系統(tǒng)可靠性：串聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性：串聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元失效就會(huì)導(dǎo)致整流器所有單元中任一單元失效就會(huì)導(dǎo)致整流器個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。假定各單元是統(tǒng)計(jì)獨(dú)個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。假定各單元是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為：立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為： 式中，式中，Rs(t)系統(tǒng)可靠度；系統(tǒng)可靠度；Ri(t)第第i單元可靠度單元可靠度NEXTRETNSTOP第第 8 頁(yè)頁(yè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型l并聯(lián)系統(tǒng)可靠性：并聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)可靠性：并聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的所有單

6、元都失效時(shí)才失效的失效的系統(tǒng)。所有單元都失效時(shí)才失效的失效的系統(tǒng)。l并聯(lián)系統(tǒng)對(duì)提高系統(tǒng)的可靠度有顯著的效并聯(lián)系統(tǒng)對(duì)提高系統(tǒng)的可靠度有顯著的效果果 NEXTRETNSTOP第第 9 頁(yè)頁(yè)混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型l混聯(lián)系統(tǒng)是由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的系統(tǒng)?；炻?lián)系統(tǒng)是由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的系統(tǒng)。 l混聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的是雙重結(jié)構(gòu)，又叫備混聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的是雙重結(jié)構(gòu)，又叫備份系統(tǒng)。有如圖份系統(tǒng)。有如圖1.2-7所示的三種結(jié)構(gòu)形式。所示的三種結(jié)構(gòu)形式。NEXTRETNSTOP第第 10 頁(yè)頁(yè)混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型NEXTRETNSTOP第第 11 頁(yè)頁(yè)混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型混聯(lián)結(jié)構(gòu)模型NEXTRETNSTOP第第 1

7、2 頁(yè)頁(yè)K/n 系統(tǒng)系統(tǒng)NEXTRETNSTOP第第 13 頁(yè)頁(yè)使用條件連續(xù)使用一次使用可否修復(fù)可修復(fù)不可修復(fù)可修復(fù)不可修復(fù)維修種類(lèi)預(yù)防維修事 后維修用到耗損期一定時(shí)間后報(bào)廢預(yù)防維修 產(chǎn)品示例電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通信機(jī)、雷達(dá)、飛機(jī)、生產(chǎn)設(shè)備家 用 電器 、 機(jī)械裝置電子元器件、機(jī)械零件、一般消費(fèi)品實(shí) 行 預(yù) 防維 修 的 零部 件 、 廣播 設(shè) 備 用電子管武器、過(guò)載荷繼電器、救生器具保險(xiǎn)絲、閃光燈雷管常用指示可靠度、有效度、平均無(wú)故障工作時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間平 均 無(wú) 故障 工 作 時(shí)間 、 有 效壽 命 、 有效度失效率、平均壽命失效率,更 換 壽命成功率成功率各類(lèi)產(chǎn)品常用的可靠性指標(biāo)各類(lèi)產(chǎn)品

8、常用的可靠性指標(biāo)NEXTRETNSTOP第第 14 頁(yè)頁(yè)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)任務(wù)與方法微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)任務(wù)與方法l可靠性設(shè)計(jì)的任務(wù)可靠性設(shè)計(jì)的任務(wù) 元器件本身的性能與可靠性元器件本身的性能與可靠性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 安裝與調(diào)試安裝與調(diào)試 外部電氣條件外部電氣條件 外部空間條件外部空間條件 外部機(jī)械條件外部機(jī)械條件l可靠性設(shè)計(jì)的一般方法可靠性設(shè)計(jì)的一般方法 元器件級(jí)可靠性措施元器件級(jí)可靠性措施 部件及系統(tǒng)級(jí)的可靠性措施部件及系統(tǒng)級(jí)的可靠性措施外外內(nèi)內(nèi)NEXTRETNSTOP第第 15 頁(yè)頁(yè)元器件級(jí)可靠性措施元器件級(jí)可靠性措施l嚴(yán)格管理元器件的購(gòu)置、儲(chǔ)運(yùn)；嚴(yán)格管理元器件的購(gòu)置、儲(chǔ)運(yùn)

9、；l老化、篩選、測(cè)試?yán)匣⒑Y選、測(cè)試l降額使用降額使用l選用集成度高的元器件選用集成度高的元器件NEXTRETNSTOP第第 16 頁(yè)頁(yè)部件及系統(tǒng)級(jí)的可靠性措施部件及系統(tǒng)級(jí)的可靠性措施l冗余技術(shù)冗余技術(shù)l電磁兼容性設(shè)計(jì)電磁兼容性設(shè)計(jì)l信息冗余技術(shù)信息冗余技術(shù)l時(shí)間冗余技術(shù)時(shí)間冗余技術(shù)l故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷技術(shù)故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷技術(shù)l軟件可靠性技術(shù)軟件可靠性技術(shù)l失效保險(xiǎn)技術(shù)失效保險(xiǎn)技術(shù)NEXTRETNSTOP第第 17 頁(yè)頁(yè)電磁兼容性設(shè)計(jì)及常用術(shù)語(yǔ)電磁兼容性設(shè)計(jì)及常用術(shù)語(yǔ)l所謂電磁兼容性（所謂電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）是指電子裝置在預(yù)）是指

10、電子裝置在預(yù)定的工作環(huán)境條件下，既不受周?chē)姶艌?chǎng)定的工作環(huán)境條件下，既不受周?chē)姶艌?chǎng)的影響，也不影響周?chē)沫h(huán)境，不發(fā)生性的影響，也不影響周?chē)沫h(huán)境，不發(fā)生性能變異或誤動(dòng)作，而按設(shè)計(jì)要求正常工作能變異或誤動(dòng)作，而按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。的能力。lEMC不等式：不等式： 干擾源強(qiáng)度傳播衰減因子干擾源強(qiáng)度傳播衰減因子 設(shè)備抗干擾能力設(shè)備抗干擾能力l電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容lEMC常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ)NEXTRETNSTOP第第 18 頁(yè)頁(yè)電磁干擾現(xiàn)象電磁干擾現(xiàn)象開(kāi)關(guān)電源數(shù)字脈沖電路數(shù)字視頻設(shè)備220ACNEXTRETNSTOP第第 19 頁(yè)頁(yè)形成干擾的基本要素形成干擾的基本要素 l干擾源，

11、指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt， di/dt大的地大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可 能成為干擾源。能成為干擾源。l傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳的通路或媒介。典型的干擾傳 播路徑是通過(guò)播路徑是通過(guò)導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。l敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)

12、字變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC， 弱信號(hào)放大弱信號(hào)放大器等。器等。NEXTRETNSTOP第第 20 頁(yè)頁(yè)常見(jiàn)干擾源常見(jiàn)干擾源無(wú)線通信無(wú)線通信雷電雷電脈沖電路脈沖電路ESD感性負(fù)載通斷感性負(fù)載通斷直流電機(jī)、變頻調(diào)速器直流電機(jī)、變頻調(diào)速器電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 干擾發(fā)射 敏 感 度 傳 導(dǎo) 輻 射 傳 導(dǎo) 輻 射電源線信號(hào)/控制線天線端口 電 場(chǎng) 磁 場(chǎng) 電源線/信號(hào)線 射頻 瞬態(tài)天線端口 電 場(chǎng) 磁 場(chǎng) 靜 電放電 NEXTRETNSTOP第第 22 頁(yè)頁(yè)干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)l按噪聲產(chǎn)生的原因分類(lèi)按噪聲產(chǎn)生的原因分類(lèi)放電噪聲放電噪聲高頻振蕩噪聲高頻振蕩噪聲浪涌噪聲浪涌噪

13、聲l按噪聲傳導(dǎo)模式分類(lèi)按噪聲傳導(dǎo)模式分類(lèi) 常模噪聲與共模噪聲常模噪聲與共模噪聲l按噪聲波形及性質(zhì)分類(lèi)按噪聲波形及性質(zhì)分類(lèi) 持續(xù)正弦波持續(xù)正弦波 偶發(fā)脈沖電壓波形偶發(fā)脈沖電壓波形 脈沖列脈沖列NEXTRETNSTOP第第 23 頁(yè)頁(yè)常模噪聲與共模噪聲常模噪聲與共模噪聲NEXTRETNSTOP第第 24 頁(yè)頁(yè)干擾的耦合方式干擾的耦合方式l直接耦合直接耦合（濾波去耦）（濾波去耦）l公共阻抗耦合公共阻抗耦合l電容耦合電容耦合l電磁感應(yīng)耦合電磁感應(yīng)耦合l輻射耦合輻射耦合l漏電偶耦合漏電偶耦合NEXTRETNSTOP第第 25 頁(yè)頁(yè)公共阻抗耦合公共阻抗耦合l噪聲源與干擾對(duì)象之間具有公共阻抗噪聲源與干擾對(duì)象

14、之間具有公共阻抗l常見(jiàn)的公共阻抗耦合有：常見(jiàn)的公共阻抗耦合有： 公共地公共地 電源阻抗電源阻抗l電路去耦電路去耦NEXTRETNSTOP第第 26 頁(yè)頁(yè)電容耦合電容耦合l電位變化在干擾源與干擾對(duì)象之間引起的電位變化在干擾源與干擾對(duì)象之間引起的靜電感應(yīng)，又稱(chēng)靜電耦合或電場(chǎng)耦合。靜電感應(yīng)，又稱(chēng)靜電耦合或電場(chǎng)耦合。NEXTRETNSTOP第第 27 頁(yè)頁(yè)電磁感應(yīng)耦合電磁感應(yīng)耦合l磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)耦合NEXTRETNSTOP第第 28 頁(yè)頁(yè)輻射耦合輻射耦合l天線效應(yīng)天線效應(yīng)l環(huán)天線環(huán)天線 偶極天線偶極天線 縫隙天線縫隙天線V主板主板電纜電纜子板子板PCB電纜電纜NEXTRETNSTOP第第 29 頁(yè)頁(yè)漏電偶耦合漏電偶耦合NEXTRETN