可靠性设计的基本方法

可靠性设计的基本方法

来源：未知作者：秩名2012年05月02日 11:45

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[导读]系统在设计过程中将在满足性能指标的条件下，线路尽可能简单，系统设计充分借鉴2G直放站设计经验，采用可靠性高的、模块化的标准射频模块，提高系统的集成度，监控盘直接借用

关键词：降额设计静电防护可靠性设计

系统的可靠性设计

1．简化设计

系统在设计过程中将在满足性能指标的条件下，线路尽可能简单，系统设计充分借鉴2G直放站设计经验，采用可靠性高的、模块化的标准射频模块，提高系统的集成度，监控盘直接借用2G直放站监控盘，根据3G 通信协议重新设计监控程序，电源采用公司成熟的模块化电源解决方案，以提高产品的可靠性。

2．模块和元器件选择和控制

优先选用公司元器件大纲中的器件，优先选用经过认证的合格供应商提供的器件，尽可能减少元器件的品种、规格，严格控制选用非标准规格的元器件；

需要外购的部分射频模块一方面严格对供货商进行准入认证，另一方面要对入库的外购模块进行严格的性能检验，以保证外购模块的质量。外购的模块和元器件在装机前将100％进行环境应力筛选试验（ESS），以保证元器件在装机前已消除了早期的性能缺陷。

3．热设计考虑

直放站结构设计时均对产品进行热分析和预计，对产品内部最高温升进行设计控制，采用大功率散热器，并预留足够的余量，同时对发热量较大的功率放大器模块安装时底部覆涂导热硅脂，保证功放表面温升不大于25℃。

总体结构方案设计完成后，针对电子设备热产生机理与传播方式，对电子设备的热场分布进行分析研究，采用合理的热设计方法保证电子设备在允许的温度范围内工作。通过CAE辅助分析软件，进行模型建立、模型求解和结果解释三方面对直放站产品进行热效应分析，优化整机设备关键器件、部件的参数位置；并对电子系统强迫对流和自然对流冷结构设计方案进行优化。在仿真方案达到设计要求后，通过环境温升试验对设备结构设计方案作最终考评，以保证直放站设备的热设计可靠性。

4．降额设计

降低元器件在电路中所承受的应力（一般主要指温度应力及电应力）可以提高元器件的可靠性，元器件的工作温度范围要求大于整机的工作温度范围，电阻、电容等元器件的耐压值应大于额定工作电压的2倍，电源模块实际功耗不超过额定功率的70％。

5．通信可靠性

由于整机采用模块化的设计，所以就涉及到各个模块和主监控模块的通信问题，为了保证了该通信的稳定性，我们采用了RS485总线式通信方式，该方式采用高压差的差分数字信号的总线通信，可以大大提高信号的抗干扰能力，同时，我们每个模块内部都统一采用负压保护、过流保护等抗线上干扰设计，从而保证内部模块通信的稳定性。

6．FMEA分析

FMEA是进行可靠性分析的重要手段，由于直放站整机采用成熟的模块化设计技术，根据2G直放站的设计经验，功放模块的故障或失效对整机的功能影响较大，当功放模块失效或发生参数飘移时，对整机造成的影响是整机无输出或者输出功率失控，严重时导致网络瘫痪，因此将功放模块确定为整机的关键件，在研发和生产过程中必须加以重点控制，功放模块在装机前必须进行严格检测和筛选，同时严格控制功放模块在使用过程中的表面温升不超过25℃。

7．耐环境防护设计

直放站整机的结构设计将充分考虑振动和冲击的影响，监控盘中高度过高的元器件采用机械固定或胶固定等专门的紧固措施，箱体内所有的走线分类捆扎牢固，长度过长的铜管线采取专门措施固定，以防在振动环境中出故障，产品在转产前应根据相关标准进行振动和冲击试验。

通过选取较宽工作温度范围的模块和元器件，保证产品满足相关标准规定的高低温和湿热试验要求，在产品的例行试验中必须进行高低温和湿热试验。

8．静电防护及EMC设计

在满足功能要求的前提下，监控盘和射频模块优先选用抗静电放电能力高（即损伤阀值高）的元器件。监控盘所有引出的IO管脚均设有静电防护电路等保护装置。

整机电源模块设计有过流保护、电压保护、短路保护电路，在非正常情况下可立即切断电源。

对电磁兼容设计的考虑思路为：模块化设计，逐级细化，从供电模块入手，首要保证供电模块的电磁兼容指标，多级滤波，确保从电源模块输出的电压范围的合理性。在各有源模块中，对电源设计部分，采用大功率且耐压值高的电容及电感，对输入的直流电压进行滤波处理，确保在存在浪涌、电源纹波等情况下，系统射频指标的可靠性。

直放站在设计中，需要对电源及内部各模块供电电路进行滤波处理，依据3GPP TS25.113《Base Station （BS） and repeater ElectroMagnetic Compatibility （EMC）》的要求，设备需通过电磁兼容试验，包括传导骚扰、辐射杂散（适用于无线及光远端）、辐射连续骚扰（适用于光近端）、谐波电流、电压波动和闪烁、静电放电抗扰度、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、浪涌（冲击）抗扰度、传导抗扰、电压暂降和短时中断（交流电源）试验项目，以保证设备的电磁兼容设计可靠性。

由于3G直放站产品在整机结构设计、整机组装及关键模块等方面均借鉴G网站成熟产品的设计经验和设计模式，且在3GPP TS25.113《Base Station （BS） and repeater ElectroMagnetic Compatibility （EMC）》中对3G直放站EMC辐射杂散骚扰的测试要求与2G直放站相关标准的要求完全相同；考虑到同类产品的可类比性，GZF900系列产品的EMC测试报告基本可以说明3G直放站的EMC性能。

9．RoHS考虑

对于欧盟的ROHS指令，公司现有的焊接设备全面支持无铅焊接工艺，公司也正从元器件采购开始，尽量使用无铅焊器件，并且公司已通过ISO14001环境体系认证。

10．包装可靠性考虑

公司通过改进产品的包装方式、包装材料，保证产品的运输可靠性，确保了产品安全到达客户手中。产品定型前要求进行运输振动试验，以更好地确保产品的机械强度、安装工艺的可靠性和产品包装运输的可靠性。