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第0章 可靠性设计方法论1

0.1可靠性设计的目的1

0.2可靠性设计的内容1

0.2.1系统设计2

0.2.2容差设计3

0.2.3可靠性目标3

0.2.4实现手段3

第1章 可靠性技术的基础内容5

1.1嵌入式系统失效率影响要素6

1.1.1器件选型6

1.1.2降额7

1.1.3环境条件8

1.1.4机械结构因子8

1.1.5元器件的个数10

1.2嵌入式系统失效率曲线10

1.3嵌入式系统可靠性模型12

1.4可靠性与RAMS15

1.5工作环境条件的确定15

1.6容差分析与精度分配方法17

1.7过渡过程20

1.8系统方案设计21

1.8.1系统设计的内容21

1.8.2系统设计分析方法（DFMEA）22

1.9阻抗连续性25

第2章 降额设计规范28

2.1降额总则29

2.1.1定义29

2.1.2降额等级29

2.2电阻降额32

2.2.1定值电阻降额34

2.2.2电位器降额35

2.2.3热敏电阻降额36

2.3电容降额36

2.3.1固定电容器降额38

2.3.2电解电容器降额38

2.3.3可调电容器降额39

2.4集成电路降额39

2.4.1模拟集成电路降额40

2.4.2数字电路降额43

2.4.3混合集成电路降额44

2.4.4大规模集成电路45

2.4.5集成电路通用降额准则45

2.5分立半导体元件降额45

2.5.1晶体管45

2.5.2微波晶体管46

2.5.3二极管46

2.5.4可控硅48

2.5.5半导体光电器件48

2.6电感降额49

2.7继电器降额50

2.8开关降额51

2.9光纤器件降额52

2.10连接器降额53

2.11导线与电缆降额53

2.12保险丝降额54

2.13晶体降额55

2.14电机降额56

2.15补充规范56

2.16器件选型与降额实例57

第3章 嵌入式硬件系统热设计规范58

3.1热设计基础60

3.1.1热流密度61

3.1.2热功率密度62

3.1.3热阻63

3.1.4对流换热系数66

3.1.5散热方式选择66

3.2自然冷却设计方法67

3.2.1自然冷却散热计算67

3.2.2散热片选型68

3.2.3自然冷却热设计规范70

3.3强迫风冷设计方法72

3.3.1风冷散热计算72

3.3.2风冷散热器件选型74

3.3.3风冷设计规范76

3.4热电致冷77

3.5热测试技术78

3.5.1热测试方法78

3.5.2热测试要求78

3.6其他散热方式80

3.6.1液体致冷80

3.6.2热管导热80

3.6.3相变冷却82

第4章 电子工艺设计规范84

4.1 PCB板84

4.1.1 PCB尺寸与形状84

4.1.2 PCB基材87

4.1.3镀层88

4.1.4板层数88

4.1.5可生产性设计89

4.2焊盘、过孔89

4.2.1焊盘89

4.2.2导通孔90

4.2.3安装螺钉孔90

4.3布局规则90

4.3.1器件方向90

4.3.2器件布局90

4.4布线规则93

4.4.1 PCB布线镀层93

4.4.2布线规则93

4.4.3插座引脚走线107

4.5标识107

4.5.1标识类型107

4.5.2标识要求107

4.6可测试性设计113

4.7线缆114

4.8板级接地措施115

4.9防护工艺115

4.9.1 MSD防护115

4.9.2 PCB三防工艺118

4.9.3 ESD防护工艺119

4.10常用器件的失效机理122

4.10.1电阻的失效机理122

4.10.2电容的失效机理122

4.10.3 IC的失效机理125

4.10.4磁珠磁环的选型与失效机理127

4.10.5接插件的失效机理129

4.10.6功率器件的失效机理132

4.10.7器件失效测试（V-I曲线）133

第5章 电路系统安全设计规范135

5.1定义136

5.1.1 Ⅰ类设备136

5.1.2 Ⅱ类设备137

5.1.3应用部分138

5.1.4漏电流139

5.1.5电气间隙与爬电距离139

5.2标记的要求139

5.2.1外部标记139

5.2.2内部标记140

5.2.3控制器件及仪表标记141

5.2.4导线141

5.2.5指示灯的颜色142

5.2.6不带灯按钮的颜色142

5.2.7符号142

5.3环境条件143

5.4对电击危险的防护144

5.5对机械危险的防护148

5.6随机文件的要求151

5.7电气连接152

5.8静电防护152

5.9电晕153

5.10超温与防火153

5.11溢流和液体泼洒153

5.12泄漏、受潮和进液153

5.13清洗、消毒和灭菌153

5.14压力释放装置154

5.15中断复位154

5.16危险输出的防止154

5.17必须考虑的涉及安全方面的危险154

5.18单一故障的要求155

5.19元器件的要求155

5.20连接的要求155

5.21保护装置156

5.22电池和指示灯156

5.23控制器的操作部件156

5.24有电线连接的手持式和脚踏式控制装置157

5.25与供电网的分断157

5.26电源软电线158

5.27网电源159

5.28保护接地端子和连接160

5.29内部布线160

5.30绝缘160

5.31过电流和过电压保护161

第6章 接口软件可靠性设计规范162

6.1相关定义163

6.2嵌入式软件系统设计164

6.2.1一般要求164

6.2.2硬件与软件功能的分配原则164

6.2.3硬件与软件可靠性指标的分配165

6.2.4安全关键功能的人工确认165

6.2.5安全性内核166

6.2.6自动记录系统故障166

6.2.7禁止回避检测出的不安全状态167

6.2.8保密性和容错设计167

6.2.9安全关键软件的标识原则168

6.3硬件设计168

6.4软件需求和危险分析169

6.5安全关键功能的设计169

6.6冗余设计170

6.6.1指令冗余设计170

6.6.2软件陷阱与软件拦截技术171

6.6.3软件冗余173

6.7接口设计174

6.7.1硬件接口要求174

6.7.2硬件接口的软件设计174

6.7.3人机界面设计175

6.7.4报警设计175

6.7.5软件接口设计175

6.8软件健壮性设计176

6.8.1电源失效防护177

6.8.2加电检测和电磁干扰177

6.8.3系统不稳定177

6.8.4接口故障178

6.8.5干扰信号和错误操作178

6.8.6监控定时器的设计178

6.9简化设计179

6.9.1模块的独立性179

6.9.2模块的扇入/扇出181

6.10余量设计181

6.11数据要求181

6.12防错程序设计182

6.13编程要求185

6.14多余物的处理190

6.15软件更改要求190

6.16编译器191

6.17嵌入式软件测试192

6.18一些相关参考准则193

6.18.1推荐的软件安全关键程度分级193

6.18.2软件开发各阶段的适用准则和要求193

6.18.3嵌入式软件设计准则（参考）194

第7章 嵌入式系统EMC设计规范199

7.1概述199

7.1.1电阻高频等效特性200

7.1.2电容高频等效特性200

7.1.3电感高频等效特性201

7.1.4磁环磁珠高频等效特性202

7.1.5导线高频等效特性202

7.1.6差模干扰与共模干扰203

7.2整机外部接口203

7.2.1按键面膜203

7.2.2电源接口203

7.2.3显示窗口205

7.3接地205

7.3.1安规接地与EMC接地的区别207

7.3.2接地的分类207

7.3.3单点接地与多点接地208

7.3.3接地规范210

7.4电路板213

7.4.1电路原理图设计213

7.4.2布线217

7.4.3元器件布局218

7.4.4安装固定219

7.4.5 EMC元器件选型220

7.5接插件和电缆分类222

7.6机械结构223

7.6.1材料223

7.6.2机壳喷涂工艺及接缝223

7.6.3机壳开口223

第8章 嵌入式系统可维修性设计规范226

8.1维修性分级226

8.2维修性的定性要求227

8.2.1良好的可达性227

8.2.2标准化互换性228

8.2.3防差错措施及识别标志228

8.2.4可测试性要求228

8.2.5维修性的人机环工程要求229

8.2.6预防性维修设计229

8.2.7维修安全要求229

8.2.8改进维修作业程序230

8.3可维修性定量评价指标231

8.4维修性设计规范与设计技术231

8.4.1零部件布局231

8.4.2紧固件选型232

8.4.3维修通道的设置234

8.4.4基于维修性的设计更改235

第9章 嵌入式系统可用性设计规范237

9.1色彩与显示布局237

9.2操作控制布局要求242

9.3听觉与报警设计244

9.3.1声音报警基础要求244

9.3.2报警设计准则244

参考文献248