嵌入式係統可靠性設計技術及案例解析（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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武曄卿，王廣輝，彭耀光 著

圖書標籤:

• 嵌入式係統
• 可靠性設計
• 硬件設計
• 軟件設計
• 故障分析
• 案例分析
• 質量工程
• 測試驗證
• 安全設計
• 係統工程

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512418943

版次：1

商品編碼：11805496

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-11-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　《嵌入式係統可靠性設計技術及案例解析（第2版）》介紹瞭嵌入式係統設計中，哪些地方最可能帶來可靠性隱患，以及從設計上如何進行預防。內容包括：啓動過程和穩態工作中的應力狀態差彆等可靠性基礎知識及方法；降額參數和降額因子的選擇方法；風扇和散熱片的定量化計算選型和測試方法、結構和電路的熱設計規範；PCB闆布綫布局、係統結構的電磁兼容措施；電子産品製造過程中的失效因素(包括EOS、ESD、MSD等)及預防、檢驗方法；可維修性設計規範、可用性設計規範、安全性設計規範、接口軟件可靠性設計規範等方麵的技術內容。同時，針對相關內容進行實際的案例分析，以使讀者更好地掌握這些知識。與第１版相比，本書對嵌入式軟件可靠性設計規範章節進行瞭重新編寫，並修訂瞭第１版中的疏漏和錯誤之處。

　　本書適用於交通控製、電力電子、消費電子、醫療電子、控製電子、軍工産品等以電子、機電一體化為主體內容的相關技術領域，既可作為工程技術人員的技術參考書，也可作為相關專業的高

　　年級本科生、研究生、教師的設計參考書。

作者簡介

　　武曄卿，

　　工學碩士，瑞迪航科(北京)技術有限公司，技術總監，專注於電子可靠性設計和測試技術。

　　王廣輝，

　　工學學士，航天23所資深嵌入式係統副主任調試師，專注於嵌入式係統調試、可靠性分析、實驗和製造工藝技術的研究。

　　彭耀光，

　　電子工程師，中北大學，專注於嵌入式軟硬件係統可靠性設計與測試技術的研究。

目錄

第0章　可靠性設計方法論 1

0．1　可靠性設計的目的 1

0．2　可靠性設計的內容 1

0．2．1　係統設計 2

0．2．2　容差設計 3

0．2．3　可靠性目標 3

0．2．4　實現手段 3

第1章　可靠性技術的基礎內容 5

1．1　嵌入式係統失效率影響要素 6

1．1．1　器件選型 6

1．1．2　降　額 7

1．1．3　環境條件 8

1．1．4　機械結構因子 8

1．1．5　元器件的個數 10

1．2　嵌入式係統失效率麯綫 10

1．3　嵌入式係統可靠性模型 12

1．4　可靠性與RAMS 15

1．5　工作環境條件的確定 15

1．6　容差分析與精度分配方法 17

1．7　過渡過程 20

1．8　係統方案設計 21

1．8．1　係統設計的內容 21

1．8．2　基於係統設計的故障模式與失效分析方法(DFMEA) 25

1．9　阻抗連續性 27

第2章　降額設計規範 30

2．1　降額總則 31

2．1．1　定　義 31

2．1．2　降額等級 31

2．2　電阻降額 34

2．2．1　定值電阻降額 36

2．2．2　電位器降額 37

2．2．3　熱敏電阻降額 38

2．3　電容降額 38

2．3．1　固定電容器降額 40

2．3．2　電解電容器降額 40

2．3．3　可調電容器降額 41

2．4　集成電路降額 41

2．4．1　模擬集成電路降額 42

2．4．2　數字電路降額 45

2．4．3　混閤集成電路降額 46

2．4．4　大規模集成電路 47

2．4．5　集成電路通用降額準則 47

2．5　分立半導體元件降額 47

2．5．1　晶體管 47

2．5．2　微波晶體管 48

2．5．3　二極管 48

2．5．4　可控矽 50

2．5．5　半導體光電器件 50

2．6　電感降額 51

2．7　繼電器降額 52

2．8　開關降額 53

2．9　光縴器件降額 54

2．10　連接器降額 55

2．11　導綫與電纜降額 55

2．12　保險絲降額 56

2．13　晶體降額 57

2．14　電機降額 58

2．15　補充規範 58

2．16　器件選型與降額實例 59

第3章　嵌入式硬件係統熱設計規範 60

3．1　熱設計基礎 62

3．1．1　熱流密度 63

3．1．2　熱功率密度 64

3．1．3　熱　阻 65

3．1．4　對流換熱係數 68

3．1．5　散熱方式選擇 68

3．2　自然冷卻設計方法 69

3．2．1　自然冷卻散熱計算 69

3．2．2　散熱片選型 70

3．2．3　自然冷卻熱設計規範 72

3．3　強迫風冷設計方法 74

3．3．1　風冷散熱計算 74

3．3．2　風冷散熱器件選型 76

3．3．3　風冷設計規範 78

3．4　熱電緻冷 79

3．5　熱測試技術 80

3．5．1　熱測試方法 80

3．5．2　熱測試要求 80

3．6　其他散熱方式 82

3．6．1　液體緻冷 82

3．6．2　熱管導熱 82

3．6．3　相變冷卻 84

第4章　電子工藝設計規範 86

4．1　PCB闆 86

4．1．1　PCB尺寸與形狀 86

4．1．2　PCB基材 89

4．1．3　鍍　層 90

4．1．4　闆層數 90

4．1．5　可生産性設計 91

4．2　焊盤、過孔 91

4．2．1　焊　盤 91

4．2．2　導通孔 92

4．2．3　安裝螺釘孔 92

4．3　布局規則 92

4．3．1　器件方嚮 92

4．3．2　器件布局 92

4．4　布綫規則 95

4．4．1　PCB布綫鍍層 95

4．4．2　布綫規則 95

4．4．3　插座引腳走綫 109

4．5　標　識 109

4．5．1　標識類型 109

4．5．2　標識要求 109

4．6　可測試性設計 115

4．7　綫　纜 116

4．8　闆級接地措施 117

4．9　防護工藝 117

4．9．1　MSD防護 117

4．9．2　PCB三防工藝 120

4．9．3　ESD防護工藝 121

4．10　常用器件的失效機理 124

4．10．1　電阻的失效機理 124

4．10．2　電容的失效機理 124

4．10．3　IC的失效機理 127

4．10．4　磁珠磁環的選型與失效機理 129

4．10．5　接插件的失效機理 131

4．10．6　功率器件的失效機理 134

4．10．7　器件失效測試(V I 麯綫) 135

第5章　電路係統安全設計規範 137

5．1　定　義 138

5．1．1　I類設備 138

5．1．2　II類設備 139

5．1．3　應用部分 140

5．1．4　漏電流 141

5．1．5　電氣間隙與爬電距離 141

5．2　標記的要求 141

5．2．1　外部標記 141

5．2．2　內部標記 142

5．2．3　控製器件及儀錶標記 143

5．2．4　導　綫 143

5．2．5　指示燈的顔色 144

5．2．6　不帶燈按鈕的顔色 144

5．2．7　符　號 144

5．3　環境條件 145

5．4　對電擊危險的防護 146

5．5　對機械危險的防護 150

5．6　隨機文件的要求 153

5．7　電氣連接 154

5．8　靜電防護 154

5．9　電　暈 155

5．10　超溫與防火 155

5．11　溢流和液體潑灑 155

5．12　泄漏、受潮和進液 155

5．13　清洗、消毒和滅菌 155

5．14　壓力釋放裝置 156

5．15　中斷復位 156

5．16　危險輸齣的防止 156

5．17　必須考慮的涉及安全方麵的危險 156

5．18　單一故障的要求 157

5．19　元器件的要求 157

5．20　連接的要求 157

5．21　保護裝置 158

5．22　電池和指示燈 158

5．23　控製器的操作部件 158

5．24　有電綫連接的手持式和腳踏式控製裝置 159

5．25　與供電網的分斷 159

5．26　電源軟電綫 160

5．27　網電源 161

5．28　保護接地端子和連接 162

5．29　內部布綫 162

5．30　絕　緣 162

5．31　過電流和過電壓保護 163

第6章　嵌入式接口軟件可靠性設計規範 164

6．1　概　述 165

6．1．1　定　義 165

6．1．2　一般要求 165

6．1．3　軟件分級 166

6．2　編譯器常見問題防護設計規範 167

6．3　代碼問題防護設計規範 168

6．3．1　架構設計 169

6．3．2　可視化與簡單化 171

6．3．3　代碼設計規範 172

6．4　存儲與變量編程及定義規範 182

6．5　軟硬件接口設計規範 184

6．6　人機接口設計規範 189

6．7　報警設計規範 190

第7章　嵌入式係統EMC設計規範 195

7．1　概　述 195

7．1．1　電阻高頻等效特性 196

7．1．2　電容高頻等效特性 196

7．1．3　電感高頻等效特性 197

7．1．4　磁環磁珠高頻等效特性 198

7．1．5　導綫高頻等效特性 198

7．1．6　差模乾擾與共模乾擾 199

7．2　整機外部接口 199

7．2．1　按鍵麵膜 199

7．2．2　電源接口 199

7．2．3　顯示窗口 201

7．3　接　地 201

7．3．1　安規接地與EMC接地的區彆 203

7．3．2　接地的分類 203

7．3．3　單點接地與多點接地 204

7．3．4　接地規範 206

7．4　電路闆 209

7．4．1　電路原理圖設計 209

7．4．2　布　綫 213

7．4．3　元器件布局 214

7．4．4　安裝固定 215

7．4．5　EMC元器件選型 216

7．5　接插件和電纜分類 218

7．6　機械結構 219

7．6．1　材　料 219

7．6．2　機殼噴塗工藝及接縫 219

7．6．3　機殼開口 219

第8章　嵌入式係統可維修性設計規範 222

第9章　嵌入式係統可用性設計規範 233

參考文獻 244

前言/序言

　　本書第1版於2012年的7月麵世.從其誕生到再版，經過瞭約兩年半的時間.在這900多天裏，關於本書的內容，關於對技術、對技術生涯的理解，又發生瞭不少的變化.

　　其間，曾與一位做過技術管理的朋友聊天，他說“老武，我有不懂的技術問題會來問你，有想不齣來的方嚮、方法、思想問題會來找你討教.這些方麵，我真的服氣你比我強.但是有一項能力你肯定是不如我的，就是變現的能力.我能把有限的知識信息最大化地變成商業價值和財富，不知你是否認同？”我頻頻點頭，豈止是認同，簡直是五體投地.

　　我一直有個理論，天分、興趣、專業知識積纍、收入，是選擇職業方嚮的4個要素.沒有天分不易成功，沒有興趣會很痛苦，沒有專業積纍會比較纍，沒有充足的收入難以養傢.如果這4方麵都有瞭，那就相當於物理學上的閤力，都是朝一個方嚮的閤力自然最大，能把車拉著跑得最快.慶幸的是，我現在的工作內容裏擁有瞭前三項，稍遺憾的是還缺最後一項.而這一項，恰恰就是這位朋友點齣來的變現的能力.世間諸事，道理是相通的.對於嵌入式係統設計，學校裏學過多年的數學如何與電子工程去結閤？ 物理和化學如何與電路可靠性分析去結閤？ 邏輯方法如何指導軟件的設計等？ 如何將理論變化為工程設計實踐？

　　不知道是應該由大學老師、工程師自己、還是社會機構(企業、科研單位)來完成這個內容的培養.如何用理論指導實踐，在實踐中如何提煉齣規律理論來總結並反作用於設計實踐.總之，這部分在日常工作中相對缺乏.最後，嵌入式係統的設計就成瞭依據不同器件datasheet中示範電路的模仿和拼接.不好用有故障，也常不清楚其問題根源；好用，也不知道其中是否蘊藏著風險，在哪裏蘊藏著風險.

　　在沒有實踐經驗的時候，用理論指導實踐，可快速提升實踐能力；在有實踐經驗之後，將實踐經驗總結歸納，形成實踐驗證後的理論，再用於指導實踐，可以做到螺鏇式上升，理解上升華.這種即使在缺乏實踐經驗的情況下也能將理論轉化為實踐，實踐後，再總結成規律並推而廣之的能力，都屬於變現能力的一種.培養和提升這種能力，架起一座理論和實踐之間的橋梁，是我寫作此書的初衷.本書所能起到的作用也就在於此.

　　理論是有用的，但要通過指導實踐，讓實踐效果來發揮作用.實踐雖是必要的，但也不能期望事事都通過實踐來理解.生命沒給我們留齣那麼多時間來試錯.理論與實踐之間的橋梁架好瞭，如河上的大橋，物流速度會大大加快，經濟會快速繁榮.同理，有瞭這個橋梁，電子工程師的進步，技術技能的提升也有望一日韆裏.

　　在第1版麵世的兩年多裏，藉助它，結識瞭一些新朋友.尤其是武漢理工大學、宇通客車等幾傢單位將本書引入，成瞭內部通用教材和研發人員人手一冊的參考技術資料.此次再版，不勝惶恐，唯恐齣現些許的疏漏和錯誤，愧對喜歡、欣賞的同道朋友們.

　　本次再版，新引入瞭兩位作者王廣輝先生和彭耀光先生，對其中的部分章節進行較大幅度的修訂.三個臭皮匠，頂個諸葛亮，有瞭兩位在不同角度的專業補充，本書的整體內容將更趨完善.

　　感謝我的同事王洪東先生、寇立強先生，提供瞭不少的素材並做瞭至關重要的審核.感謝我的同學石小兵先生、感謝我的朋友鬍作清老師、韓樹東先生、於金標先生、彭偉先生、彭寶興先生、尹輝先生、王雲格女士、於娜女士，在本書成書的過程中，提齣中肯的修改意見，是你們幫助瞭本書和我的成長.

　　希望本書能一如第1版，繼續為電子行業技術工程師提供更多的幫助.

　　武曄卿

　　2015年7月於北京

　　第一版前言

　　評選一個可靠的設計，不是比拼誰的設計方案更高明，而是比拼誰更少犯錯誤.因為其優點而選擇，卻因為其缺點而發生故障.因此，可靠性設計的工作就是研究哪些地方容易發生問題，以及如何預防和解決這些問題的方法.比如二極管1N4148，正嚮導通壓降是多少？ 在一些技術培訓課上，我曾經就此發問，0．7V 的答案占瞭主導，也有0．3V、0．4V、0．6V 等說法.但實際上二極管的V I 特性是一條麯綫(橫軸是電壓，縱軸是電流)，其壓降並非一個定值，正嚮導通壓降的數值與其導通電流大小相關，隨著電流的變化，壓降也在變化.

　　比如某器件指標Tmax＝80℃，PR＝1 W，現在T＝60℃，P＝0．75 W，請問器件能否長期可靠的工作？ 雖然單個指標都在正常範圍內，並且有一定程度的降額，但答案仍然是“No”.任何器件都會有一條負荷特性麯綫，形狀為直角梯形，在一定溫度後，隨著溫度的增加，PR的值是綫性下降的，60 ℃時，PR都可能下降到瞭0．75 W 以下瞭.

　　再比如，大氣壓這個指標，係統中有水、氣，大氣壓自然會産生影響，但即使沒有這些，大氣壓對電解電容、爬電距離和電氣間隙等也會有直接的影響，而這在我參與過的部分企業的技術審核中也屢屢發生，甚至不乏很大規模的企業.由此可見，司空見慣的經驗性的東西，很多理解都未必是對的，或者被忽視，而這正是可靠性問題的根源.本書闡述的恰恰就是這些內容.

　　一、可靠性觀點

　　讀完此書，除瞭幾個具體的知識點，還希望讀者能形成以下幾個基本觀點：1．産品故障≠ 産品不可靠；

　　2．係統啓停和波動的過渡過程≠ 穩態過程；

　　3．降額並不簡單；

　　4．電子可靠性問題的解決有時需要從機械、軟件方麵著手；

　　5．器件再簡單，datasheet的完整版本都必須拿到並通讀；

　　6．可維修性和可使用性與電子工程師關係很大，因為研究可靠性的核心追求是利潤；

　　7．製程控製不好未必是工藝人員的問題；

　　8．有些設計隱患是根本測試不齣來的，即使我們明明知道它有隱患，但它確實又會在用戶現場發生.

　　二、可靠性設計工作方法

　　16年前，剛剛研究生畢業的我，一樣也都經曆過以上類似的問題，但就是在這段並不算很長的工作經曆中，曾經有兩位、也許他們自己並不覺得對我有很大影響的老師：一位戚老師(美國留學歸來的老研究員)，使我領會瞭可靠性設計應該從哪裏去鑽研；一位張老師(項目總師，自學成纔的老研究員)，教會瞭我如何用工程數學計算的方式分析電子技術問題.本書的諸多思想起源就是這裏.由此有三點總結：

　　一是作為電子技術工程師，要學會感恩，沒有人有義務必須對你好，但也有很多人在無意之中幫到瞭你；

　　二是要善於思考鑽研；

　　三是要學會用數學來指導工程實踐.

　　我先在航天做技術開發，後在民營企業做研發管理，再又獨立創業，經曆瞭一個完整的從“工程師—技術經理—綜閤管理—創業者”的全過程.一路走來，深切理解做好可靠性工作，需要技術和管理的綜閤作用.因此，給公司起名字的時候，選擇瞭瑞迪航科(北京)技術有限公司，其英文RDCOOSpaceTech(Beijing)Co．，Ltd．中的RDCOO，就是Research& DesignChiefOperationOfficial的簡寫.研發的運營，包含瞭技術和管理，構成瞭保證産品可靠性的基礎.

　　三、緻　謝

　　書稿完成後，掩捲迴首，有些許的遺憾.核心遺憾就是字字啼血，但趣味性不足，一個快餐文化的社會環境，讓讀者去細細咀嚼每一句話、每一個段落，從每個細節中去發現對自己有用的知識點、思想點和方法論，確實略顯枯燥.但念及？道德經？、？孫子兵法？，又心下釋然，？道德經？5000多字，？孫子兵法？7300多字，與之相比，本書幾十萬字，已經算是很通俗瞭.

　　在這裏，要感謝許許多多我可能都不知道名字的讀者，是你們的每一次博客留言，讓我有瞭寫下去的動力，讓我知道，自己的點滴知識、經驗、思想，正在某個未知的角落發揮著作用.“興趣和需要”是最大的動力，這兩者中，“興趣”來自於我自己的內心，而“需要”恰恰就來自於你們.

　　感謝eetGchina(電子工程專輯)的網站編輯MIKE，是您的支持纔使更多讀者能讀到我的文章，使我有瞭在深夜中、瞪著充滿血絲的小眼，用文思泉湧的寫作激情享受著自己的快樂；也是因為博客這個平颱，使我的文章被發現，纔有瞭此書的齣版.

　　感謝北京航空航天大學齣版社的工作人員，你們專業的眼光讓我有瞭韆裏馬對伯樂的感恩，你們的幫助，使我從一個野路子的寫手，轉變成為一個思路嚴謹，符閤齣版業專業要求的作者.

　　感謝我的同事兼閤夥人王洪東先生，是他替我分擔瞭很多具體的技術工作，使我有時間潤色修改書稿，也是他給我提供瞭很多技術細節上的幫助.

　　感謝我的同學石小兵先生，作為資深的軍工可靠性技術專傢，在可靠性的概念、係統性的技術方法等方麵，以嚴謹的學術態度幫助核實並修訂瞭諸多的細節內容.

　　感謝吳浩先生、王敬軍先生、鬍作清老師、韓樹東先生、於金標先生、彭偉先生、彭寶興先生、尹輝先生、王雲格女士、於娜女士，在本書成書的過程中，提齣中肯的修改意見，是你們見證並幫助瞭本書的成長.

　　感謝此書寫作過程中時刻關注其進展的朋友們，你們的關注，是對我懈怠的鞭策.

　　如果您是科研開發一綫的工程師，本書的內容可以直接參考用於日常設計；如果您是技術管理者，您將明瞭技術團隊可能會犯錯的地方，並提前加以檢查預防；

　　如果您是工藝和製造工程師，您將預知設計的隱患，並在生産環節加以彌補；如果您是老師，將使您的技術思維不再停留在象牙塔裏，而是深刻認識到影響産品可靠性的自然界的各種復雜要素，並將此傳授給自己的學生；

　　如果您是在校生，本書將讓您瞭解在工程現場的現實應力，研究除功能參數設計之外，係統設計和容差設計兩大部分的內容；

　　如果您不是電子技術領域的從業人員，但您的朋友、傢人、同學有人在做這方麵的工作，作為禮物，您送去的將不僅是一本普通的書，而是一個美好的職業未來.

　　武曄卿

　　2012年3月於北京

評分☆☆☆☆☆

很好的一本技術書，就是價格有點小貴啦。

評分☆☆☆☆☆

宿捨，孩子他爸買的，一直在京東上買書，很好劃算

評分☆☆☆☆☆

作者實際經驗分享，非常好。

評分☆☆☆☆☆

11.10買的，雙十一開始就陸續開始收到瞭！十分的快！給力！

評分☆☆☆☆☆

非常好的一本書，很有用

評分☆☆☆☆☆

質量不敢恭維，有點小失望。

評分☆☆☆☆☆

已看完,這個還不錯,基礎,簡單

評分☆☆☆☆☆

單位采購圖書，買瞭好幾箱，基本把各種電子專業書都買瞭，還沒來得及看

評分☆☆☆☆☆

入門級教材，非常不錯，但對老鳥來說不太深入。