论文部分内容阅读
摘要：在设备研制中，可靠性设计是确保设备任务完成的前提，是模拟系统设计的一个重要组成部分，本文从设计余度、电磁兼容等方面对设备可靠性设计进行了阐述。
关键词：设备;可靠性;设计余度;电磁兼容
1 引言
在设计的过程当中，应该将系统的可靠性要求以及规定的约束条件，转换为系统设计应该遵循的、具体而且是有效的可靠性技术设计细则，应该根据系统的类型、任要、求务、特点以及环境，将通用的标准和规范进行适当的剪裁，同时加进现有的产品研制的丰富经验，专用、可靠的设计。
2 余度设计
余度设计就是在指在设计中系统设计了几套具有能实现同样功能的单元，这样能保证了系统只要几套单元不同时出现故障就能正常的工作。这种设计能确保任务完成，提高了可靠性，但是由于设计了多个同样的单元，设备相应的成本，所占的空间以及重量也将随之增加，因此要根据实际的需求对余度技术进行综合的分析，衡量。经常应用于电路中的余度设计有以下三种类型：
2.1 旁联模型
旁联模型也称之为非工作贮备模型。它有多个相同的单元组成，系统工作时除了一个单元接通电路正常工作之外，其余的单元置于都空置状态，并对处于工作状态的单元进行实时的监测，一旦工作中的单元出现故障不能正常运行时，那么系统就会自动通过启用另外的备用来进行工作，使系统保持正常运转。
2.2 并联模型
并联模型中所有单元同时工作，其中的一个或几个出现故障都不能影响到设备的正常运行，除非所有的单元同时发生故障。
2.3 r/n模型
r/n模型，它是类似于电子电路中的串联关系，把r个单元串联在一起，所以必须要有r个单元正常工作，系统才能正常工作。
模拟系统的设计都是集成化，为了更容易的对故障进行快速准确，定位。系统可采用软件对模块的运行进行实时的监测，一旦模块不能正常工作时，可马上识别并接通备用模块，保证测试能够继续运行。
综上分析，采用旁联模型更有利于保证系统的可靠性。旁联模型如图1所示。
3 电磁兼容设计
当设备中所产生的电磁干扰较弱时，可能只会降低设备的性能，但是如果电磁干扰超过了规定的范围，将会导致设备的瘫痪。但电子设备测量多种跨度很大频率是，并且工作在复杂的电磁坏境中，就会有可能产生的电磁辐射比较强。信号的转接和传输也是一个复杂的过程，大功率的测试设备会产生不同强度的电磁。
因此设备进行接地和对信号进行屏蔽处理来减少电磁的干扰，保证了测试的精度和设备的稳定。
4 接地设计
4.1 地的概念
模拟系统中，采用统一的地线、布局、布线以及屏蔽设计措施，能够减少不同的设备间的信号传输的差异，为系统的稳定可靠创造条件。不当的接地是噪聲信号的直接来源，甚至会危及到操作人员和测试设备的安全。
“地”是工程应用中最容易混淆的概念，“地”按照它所起到的作用可以划分为以下几类：①电流较大的功率地;②作为信号回路公共端的信号地;③能够减少电磁干扰和噪声的屏蔽地;④释放电流的安全地。
4.2 单点接地和多点接地
一般当系统中的频率可以划分为三个频段小于1MHZ的低频段，高于10MHZ的高频段，还有处于两者之间的中高频段。按照一般的接地原则，低频段单点接地，高频段多点接地，中高频段接地方式根据地线的长度来决定，当地线的长度大于波长的5%时采用多点接地，反之用单点接地。
（1）单点接地，有并行接地和串行接地两种方式。
并行接地原理如图2所示，图中中不同的电路中会由于电流的耦合而产生压降，因此电路中各个接地线是相互独立的
串行接地原理如图3所示，电路1、电路2、电路3进行串行连接，每一路都存在有汇地电流I1、I2、I3，最终各电流进行汇总，接地噪声压降由于总电流的存在而产生。因此在电线的布局上接近主接地点的电路应为电流最大或地点位最敏感的电路。
（2）多点接地
多点接地电路中的电感会产生阻抗，并且会随着信号频率的增加而增加，电线与地线之间会形成电容耦合，轻度会对信号产生干扰，重则会有噪音发出，因此当频率处于高频段（10MHZ以上）时，应该用最短的接地线接到接底盘，如图4所示。
通过对接地方式的分析结合系统的实际需求，系统有信号地、功率地及安全地，因此系统采用单点接地方法，让各种地相互独立，最终与接底盘相连，如图5示。
采用这种接地方式可以保证安全，皮面在机柜表面出现电压;为模拟系统中静电的释放提供了回路，保护了设备的元器件不因静电而受损;避免了交流电源线噪声通过信号地耦合。
通过以上对单点接地和多点接地的分析和比较，为了使屏蔽层的噪声电流更小，系统在接地设计中为了能够与信号电路的接地方式相同采用单点接地，在负载端，系统的屏蔽信号线与大地已经相连，因此，应该让地线与屏蔽线和屏蔽层通过接口电缆相连，并最终和大地汇合。模拟系统中的所有电源、信号传输线都要进行屏蔽处理，并与箱体的安全地连接，实现单端接地，这样可以减少交流电源在机柜中产生的噪声干扰。
5 结束语
本文通过余度设计、电磁兼容、系统接地等进行了剖析，给出了采用旁联模型更有利于保证系统的可靠性;进行接地和对信号进行屏蔽处理来减少电磁的干扰，能够保证了测试的精度和设备的稳定;在模拟系统中的所有电源、信号传输线都要进行屏蔽处理，并与箱体的安全地连接，实现单端接地，这样可以减少交流电源在机柜中产生的噪声干扰等设计建议，能够给设备设计提供一定的参考。
关键词：设备;可靠性;设计余度;电磁兼容
1 引言
在设计的过程当中，应该将系统的可靠性要求以及规定的约束条件，转换为系统设计应该遵循的、具体而且是有效的可靠性技术设计细则，应该根据系统的类型、任要、求务、特点以及环境，将通用的标准和规范进行适当的剪裁，同时加进现有的产品研制的丰富经验，专用、可靠的设计。
2 余度设计
余度设计就是在指在设计中系统设计了几套具有能实现同样功能的单元，这样能保证了系统只要几套单元不同时出现故障就能正常的工作。这种设计能确保任务完成，提高了可靠性，但是由于设计了多个同样的单元，设备相应的成本，所占的空间以及重量也将随之增加，因此要根据实际的需求对余度技术进行综合的分析，衡量。经常应用于电路中的余度设计有以下三种类型：
2.1 旁联模型
旁联模型也称之为非工作贮备模型。它有多个相同的单元组成，系统工作时除了一个单元接通电路正常工作之外，其余的单元置于都空置状态，并对处于工作状态的单元进行实时的监测，一旦工作中的单元出现故障不能正常运行时，那么系统就会自动通过启用另外的备用来进行工作，使系统保持正常运转。
2.2 并联模型
并联模型中所有单元同时工作，其中的一个或几个出现故障都不能影响到设备的正常运行，除非所有的单元同时发生故障。
2.3 r/n模型
r/n模型，它是类似于电子电路中的串联关系，把r个单元串联在一起，所以必须要有r个单元正常工作，系统才能正常工作。
模拟系统的设计都是集成化，为了更容易的对故障进行快速准确，定位。系统可采用软件对模块的运行进行实时的监测，一旦模块不能正常工作时，可马上识别并接通备用模块，保证测试能够继续运行。
综上分析，采用旁联模型更有利于保证系统的可靠性。旁联模型如图1所示。
3 电磁兼容设计
当设备中所产生的电磁干扰较弱时，可能只会降低设备的性能，但是如果电磁干扰超过了规定的范围，将会导致设备的瘫痪。但电子设备测量多种跨度很大频率是，并且工作在复杂的电磁坏境中，就会有可能产生的电磁辐射比较强。信号的转接和传输也是一个复杂的过程，大功率的测试设备会产生不同强度的电磁。
因此设备进行接地和对信号进行屏蔽处理来减少电磁的干扰，保证了测试的精度和设备的稳定。
4 接地设计
4.1 地的概念
模拟系统中，采用统一的地线、布局、布线以及屏蔽设计措施，能够减少不同的设备间的信号传输的差异，为系统的稳定可靠创造条件。不当的接地是噪聲信号的直接来源，甚至会危及到操作人员和测试设备的安全。
“地”是工程应用中最容易混淆的概念，“地”按照它所起到的作用可以划分为以下几类：①电流较大的功率地;②作为信号回路公共端的信号地;③能够减少电磁干扰和噪声的屏蔽地;④释放电流的安全地。
4.2 单点接地和多点接地
一般当系统中的频率可以划分为三个频段小于1MHZ的低频段，高于10MHZ的高频段，还有处于两者之间的中高频段。按照一般的接地原则，低频段单点接地，高频段多点接地，中高频段接地方式根据地线的长度来决定，当地线的长度大于波长的5%时采用多点接地，反之用单点接地。
（1）单点接地，有并行接地和串行接地两种方式。
并行接地原理如图2所示，图中中不同的电路中会由于电流的耦合而产生压降，因此电路中各个接地线是相互独立的
串行接地原理如图3所示，电路1、电路2、电路3进行串行连接，每一路都存在有汇地电流I1、I2、I3，最终各电流进行汇总，接地噪声压降由于总电流的存在而产生。因此在电线的布局上接近主接地点的电路应为电流最大或地点位最敏感的电路。
（2）多点接地
多点接地电路中的电感会产生阻抗，并且会随着信号频率的增加而增加，电线与地线之间会形成电容耦合，轻度会对信号产生干扰，重则会有噪音发出，因此当频率处于高频段（10MHZ以上）时，应该用最短的接地线接到接底盘，如图4所示。
通过对接地方式的分析结合系统的实际需求，系统有信号地、功率地及安全地，因此系统采用单点接地方法，让各种地相互独立，最终与接底盘相连，如图5示。
采用这种接地方式可以保证安全，皮面在机柜表面出现电压;为模拟系统中静电的释放提供了回路，保护了设备的元器件不因静电而受损;避免了交流电源线噪声通过信号地耦合。
通过以上对单点接地和多点接地的分析和比较，为了使屏蔽层的噪声电流更小，系统在接地设计中为了能够与信号电路的接地方式相同采用单点接地，在负载端，系统的屏蔽信号线与大地已经相连，因此，应该让地线与屏蔽线和屏蔽层通过接口电缆相连，并最终和大地汇合。模拟系统中的所有电源、信号传输线都要进行屏蔽处理，并与箱体的安全地连接，实现单端接地，这样可以减少交流电源在机柜中产生的噪声干扰。
5 结束语
本文通过余度设计、电磁兼容、系统接地等进行了剖析，给出了采用旁联模型更有利于保证系统的可靠性;进行接地和对信号进行屏蔽处理来减少电磁的干扰，能够保证了测试的精度和设备的稳定;在模拟系统中的所有电源、信号传输线都要进行屏蔽处理，并与箱体的安全地连接，实现单端接地，这样可以减少交流电源在机柜中产生的噪声干扰等设计建议，能够给设备设计提供一定的参考。