电子设备可靠性设计的本质

一提到可靠性，就让人想到纷繁复杂的各类技术，就让人无从下手。热设计重要、电磁兼容重要、环境防护也重要，那到底该如何下手呢？可靠性设计与常规设计还是有些方.法.论和思维方法上的差别，其本质是三部分：系统设计、微观设计、过渡过程。

系统设计的核心是组成电子设备的各部分之间相互影响，需要从系统的角度考虑设计问题，不要头痛医头，脚痛医脚。比如，一个散热片的选用和安装，热设计上要考虑其热阻选用时否合适，为了增加热阻还要考虑材料，工艺上要考虑安装方法，结构设计上要考虑通风量、散热片周围的接地布线要考虑电磁兼容，结温的温升要考虑降额，用在海边还要考虑腐蚀，如果设备有震动，还要考虑抗震设计，这是一个很综合的问题。需要对全生命周期、全影响技术两方面（如下图）进行设计，实际技术并不难，难的是全面，因为一个工程师很难掌握如此全面的知识，解决办法一是参加《电子设备系统可靠性设计》的培训，让每一个设计师掌握系统设计的思维方法和设计技术；二是设立系统工程师、总体设计组或总体设计部，专门的人研究各部分的相互影响，具体的设计师研究分项的专业设计和测试技术。

 

微观设计的内容是注意细节，莫里哀的经典名言“很多人不是死于疾病，而是死于治疗本身”，出现问题的设计，设计师没考虑到该做哪方面的防护只占很少一部分，绝大部分是做了防护设计的考虑，但考虑的深度不够。比如磁环的选择，大小选对了，阻抗选对了，材料呢？适用的频率范围呢？信号线实际的滤波频率呢？安装方式呢？安装的位置呢？一系列的问题，有一个细节没做对，磁环的效果就大打折扣，甚至不发挥作用。很多器件的选择是基于经验，而不是基于实际的工程计算和测试结果，经验的东西（尤其是别人的经验），是在特定的条件下才有效，世易时移，此时此刻的应用方法未必合适，退耦电容、接地方法、布线、屏蔽壳体等方面都存在类似的问题。

最后一个是过渡过程的影响，一台设备，一旦被设计出来，能在实验室中通过测试，一般来说原理是没问题的了，但为啥最后到了现场就出问题呢？问题就出在过渡过程上。君不见，机器的开关机过程极容易出现故障，尤其是频繁开关机，原因何在？稳态工作状态下的问题和过渡过程启停状态下，其工作状态是不一样的。比如机器上电瞬间，电流是波动的，有人说了，波动有啥啊，退耦电容和上电复位监控电路起作用阿，可是一块大电路板上，两个大芯片，它们的VCC电压在瞬间上电过程永远是同步的吗？一个已经启动了工作，另一个尚未启动的话，他俩之间如果发生信号传输，结果会怎样？数据错乱会如何后果我不知道，但发生闩锁是很正常的事情。如果发生频繁波动，或者继电器的开合瞬间总线数据的受干扰等等。尤其是瞬态的过渡过程，往往和我们常规对稳态工作的理解是不一样的。考虑了过渡过程的潜在风险和规避方法，问题将会大大减少。

如果在电子设备的设计中，能做到系统设计、微观设计、过渡过程三方面都考虑周到了，产品将会变得很可靠，这方面的技术并不难，它只是一种另类的思维方法，每次设计检查的时候，都来自省下，自省的结果将会带来难以预期的商业价值，I do belive！