单片机 第六章

(b) 新浴盆曲线
平均故障间隔时间 MTBF或称为平均无故障时间 (亦称故障前平均时间)MTTF。一般情况下，都用 MTBF来表示，它与可靠率R(t)之间的关系为
MTBF R(t )dt e
0 0


T

1

e
T 0


1

R(t ) et et / MTBF
λ(t)= N[R(t)-R(t+Δt)]/ NR(t)• Δt
R(t ) e 0
( t ) dt
t
et
或
λ=γ/T
λ(t)( 失 效 率)
使用寿命 a 偶然故障期 b 规定的失效率
λ(t)( 失效 率)
初始期
使用寿命期
衰老期
0
早期故障期
耗损故障期 t(时间)
0
t(时间)
(a) 经典浴盆曲线
RP 1 (1 Ri )
i 1 m
RS Ri
i 1
m
11
12 22 … m2
…
1n 2n …
串并联系统的可靠度为
21 … m1
…
RPS 1 (1 Rij )
j 1 i 1
m
n
…
mn
串并联系统
11
21 … m1
12
22 … m2
并串联系统
1n
… 2n … mn
1)内部干扰 2)外部干扰
从干扰对电路作用的形式分类
1)差模干扰 2)共模干扰
三、噪声形成干扰作用的三要素
噪声源形成干扰必需同时具备三个要素， 即噪声源、有对噪声敏感的接收电路和两 者之间的耦合通道。三要素之间联系如下 图所示。
噪声源 耦合通道 接收电路
四、噪声的耦合方式
◆ 电容性耦合 （寄生电容）
并串联系统的可靠度RSP为
RSP [1 (1 Rij )]
j 1 i 1
n
m
6. 环境设计 温度保护 冲击振动保护
电磁干扰保护
其他环境方面的保护 7. 人为因素设计
8. 对仪器进行可靠性试验
二、软件可靠性设计 （一）软件的可靠性模型
1. 时间模型 （运行时间t）
平均修复时间
1 MTTR N
MTBF t ln [ R(t )]
ti
i 1 N
1
N为维修次数，ti为 第i次维修所用时间
可用性（仪器按照要求正常工作的概率即仪器的使用效率） A
MTBF MTBF MTTR
可靠性与经济性
费用 总费用 使用费用 维修 费用
可靠率
可靠率与经济性的关系
二、可靠性的总体考虑
（一）设计过程 1．系统设计的进程
分析设计任务 方案设想 方案比较、确定 分析提出可靠性 设想措施 可靠性分析
软件设计
硬件设计
硬件措施
软件措施
测试、考验 试运行
故障评估分析
改进措施
系统设计进程
可靠性考虑
2．生产及使用过程
（二）、可靠性的分配方法
n
★均等分配法
R Ri
i 1

一个系统由3各分系统组成。已知3个分系 统的失效率分别为λ1=0.003, λ2=0.001, λ3=0.004,该系统20h的可靠度规定为0.9， 试利用航空无线电公司分配法 进行可靠性 分配，计算20h各子系统的可靠度。
第二节 可靠性设计
一、硬件可靠性设计
（一）影响仪器可靠性的因素
◇元器件的可靠性 ◇工艺
λ(t)
1
2
◇电路结构
降额因子与失效率的关系
使用值 额定值
◇环境因素 ◇人为因素
（二）提高仪器可靠性的措施
1. 元器件的选择 （电阻器 、电容器 、集成电路芯片 ） 2. 筛选 3. 降额使用 4. 可靠的电路设计 5. 冗余设计：包括并联系统和串联系统两种形式
并联、串联系统 并联系统的可靠度Rp为 串联系统的可靠度RS为
二、分类 干扰的类型 机械干扰 热干扰 光干扰 湿度干扰 化学干扰 电和磁干扰 射线辐射干扰
电磁干扰的分类 从噪声产生的来源分类
1)固有噪声源 2)人为噪声源 3)自然噪声源和放电噪声
从干扰的表现形式分类
1)规则干扰 2)不规则干扰 3)随机干扰
从干扰出现的区域分类
思考题与习题
1. 可靠率、失效率如何定义？ 2. 影响仪器可靠性因素有哪些？有哪些措施 可以提高仪器的硬件可靠性？ 3. 提高仪器软件可靠性的方法？ 4. 若已知某系统由4个分系统构成，分系统的 失效率分别为λ1=0.003, λ2=0.002, λ3=0.004, λ4=0.001，该系统100h的可靠度规定为0.7， 试对4个分系统按均等法和航空无线电公司 分配法 进行可靠性分配，并分别计算100h 的可靠度。 5. 抑制电磁干扰的基本方法 有哪些？
R i R1/ n
★航空无线电公司分配法 ①达到的目标是满足式：

i 1
n
i

λ 为系统总的失效率，λ i分配给各分系统的失效率 ②根据先验知识预计每个分系统的失效率λ i ③计算加权因子Wr。加权因子由下式计算：
Wr
r

i 1
N
i
④对每一个分系统分配失效率
i Wr
例题
第六章 智能仪器可靠性与抗干扰技术
第一节 可靠性概述
第二节 可靠性设计 第三节 智能仪器干扰源分析
第四节 抑制电磁干扰的主要技术及应用
第一节 可靠性概述
一、可靠性的基本概念 可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器 完成所规定任务的成功率。 (N台仪器工作到t时刻 百度文库(t)台仍正常工作)
R(t)= S(t)/N 失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪 器运行到t时刻后单位时间内发生故障的智能仪器 台数与t时刻完好智能仪器台数之比。
3、浮置：
又称浮空、浮接，是指智能仪器的输入信号的公共线(即模拟信号 地)不接机壳或大地，测量放大器与机壳或大地之间无直接联系。浮置的 目的在于阻断干扰电流的通路。
4、对称电路
RS1
US1 UN1
IS
RL1 IN1 UL IN2 UN2
US2 RS2
RL2
5、隔离技术
隔离变压器
电路
Ucm ～
电路
6、滤波 滤波是一种只允许某一频带信号通过或只阻 止某一频带信号通过的抑制干扰措施之一。滤波 方式有无源滤波、有源滤波和数字滤波，它主要 应用于信号滤波和电源滤波。 7、脉冲电路的噪声抑制 脉冲电路的噪声抑制，常采用的方法有利用 积分电路、脉冲隔离门及削波器等。
(1)可靠性增长模型 (2)公理模型
2. 数据模型 (运行次数n)
（二）提高软件可靠性的方法
认真地进行规范设计 可靠的程序设计方法
程序验证技术
提高软件设计人员的素质 消除干扰
增加试运行时间
第三节 智能仪器干扰源分析
一、干扰与噪声
①噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是 独立的，与有用信号无关。干扰是相对有用信号而言的，只 有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入智能仪器并影 响其正常工作才形成干扰。 ②噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声 之果，是一个量变到质变的过程。 ③干扰在满足一定条件时，可以消除。
A
B
Cm
～ EN Zi UN
◆
互感耦合 (电磁耦合)
IN
M
UN
◆ 共阻抗耦合
•电源内阻抗的共阻抗耦合
•公共地线的耦合
•信号输出电路的相互干扰
◆ 漏电耦合 （绝缘不良导致 高电位电路 —— 低电位电路）
A Rm ～ EN Zi
B
UN
◆ 传导耦合
传导耦合是指经导线检拾到噪声，再经它 传输到噪声接收电路而形成干扰的噪声耦合方 式。 ◆ 辐射电磁场耦合
大功率的高频电气设备，广播、电视、通 信发射台等，不断地向外发射电磁波。智能仪 器若置于这种发射场中就会感应到与发射电磁 场成正比的感应电势，这种感应电势进入电路 就形成干扰。
第四节 抑制电磁干扰的主要技术及应用
一、抑制电磁干扰的基本方法 o 消除或抑制噪声源
o
o o
破坏干扰的耦合通道
消除接收电路对干扰的敏感性 采用软件抑制干扰
二、抑制电磁干扰的基本措施 1、屏蔽 ：静电屏蔽 ；电磁屏蔽 ；低频磁屏蔽
2、接地 ：
★接地的目的与作用：保证人身和设备安全的需要、抑制干扰 的需要 ★地线的种类 ：保正人身和设备安全地线、信号源地线 、信 号地线、负载地线、屏蔽层地线 ★各种地线的处理原则：低频电路的一点接地原则、高频电路 的多点接地原则、强电地线与信号地线分开设置、模拟信号地 线与数字信号地分开设置 ★接地方法：埋设铜板、接地棒、网状(辐射状)地线