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1、,第一章 可靠性与抗干扰技术概述,谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室,第 2 页,本章主要内容,研究抗干扰技术的重要性可靠性概念微机测控系统可靠性设计任务与方法电磁兼容性设计及常用术语干扰的分类干扰的耦合方式单片机测控系统可靠性设计的主要途经,第 3 页,可靠性概念,可靠性定义及其定量描述可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。描述可靠性的定量指标：可靠度失效率平均寿命系统的可靠性模型串联结构模型并联结构模型混联结构模型K/n 系统,第 4 页,可靠度,可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为R。它是时间的函数，故也记为R（t）,称为可靠
2、度函数。,如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，其概率密度为f（t）如上图所示，若用t表示某一指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度,第 5 页,失效率,失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记为,它也是时间t的函数,故也记为(t),称为失效率函数,有时也称为故障率函数或风险函数.,第 6 页,平均寿命,平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为MTTP，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF。它们都表示无故障工作时间T的期望E（T）或简记为t.当产品的可靠度为R(t)时，平均无故障
3、时间可表示为：,第 7 页,串联结构模型,串联系统可靠性：串联系统是组成系统的所有单元中任一单元失效就会导致整流器个系统失效的系统。假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为： 式中，Rs(t)系统可靠度；Ri(t)第i单元可靠度,第 8 页,并联结构模型,并联系统可靠性：并联系统是组成系统的所有单元都失效时才失效的失效的系统。并联系统对提高系统的可靠度有显著的效果,第 9 页,混联结构模型,混联系统是由串联和并联混合组成的系统。 混联结构应用较多的是双重结构，又叫备份系统。有如图1.2-7所示的三种结构形式。,第 10 页,混联结构模型,第 11 页,混联结构模型,第 12 页,K/n 系
4、统,K/n系统即 n中取K表决系统。对于一个23系统，只要任意两个模块正常或上均正常，系统的可靠度为： R2,3=3R2-2R3,第 13 页,各类产品常用的可靠性指标,第 14 页,微机测控系统可靠性设计任务与方法,可靠性设计的任务元器件本身的性能与可靠性系统结构设计安装与调试外部电气条件外部空间条件外部机械条件可靠性设计的一般方法元器件级可靠性措施部件及系统级的可靠性措施,外,内,第 15 页,元器件级可靠性措施,严格管理元器件的购置、储运；老化、筛选、测试降额使用选用集成度高的元器件,第 16 页,部件及系统级的可靠性措施,冗余技术电磁兼容性设计信息冗余技术时间冗余技术故障自动检测与诊断
5、技术软件可靠性技术失效保险技术,第 17 页,电磁兼容性设计及常用术语,所谓电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）是指电子装置在预定的工作环境条件下，既不受周围电磁场的影响，也不影响周围的环境，不发生性能变异或误动作，而按设计要求正常工作的能力。EMC不等式： 干扰源强度传播衰减因子设备抗干扰能力电磁兼容标准的内容EMC常用术语,第 18 页,电磁干扰现象,开关电源,数字脉冲电路,数字视频设备,220AC,第 19 页,形成干扰的基本要素,干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、
6、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等。,第 20 页,常见干扰源,无线通信,电磁兼容标准的内容,第 22 页,干扰的分类,按噪声产生的原因分类放电噪声高频振荡噪声浪涌噪声按噪声传导模式分类常模噪声与共模噪声按噪声波形及性质分类持续正弦波偶发脉冲电压波形脉冲列,第 23 页,常模噪声与共模噪声,第 24 页,干扰的耦合方式,直接耦合（滤波去耦）公共阻抗耦合电容耦合电磁感应耦合辐射耦合漏电偶耦合,第 25 页,公共阻抗耦合,噪声源与干扰对象之间具有公共阻抗常见的公共阻抗耦合有：公共地电源阻抗电路去耦,第 26 页,电容耦合,电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应，又称静电耦合或电场耦合。,第 27 页,电磁感应耦合,磁场耦合,第 28 页,辐射耦合,天线效应环天线 偶极天线 缝隙天线,主板,电缆,子板,PCB电缆,第 29 页,漏电偶耦合,第 30 页,噪声的传递方式,第 31 页,单片机测控系统可靠性设计的主要途经,精心选择元器件元部件要精密调整采用硬件抗干扰技术采用软件抗干扰技术数字滤波信息传送过程的自动检测系统运行状态监视与发生故障时的自动恢复,