第7章可靠性讲述.ppt

机壳与安全接地、屏蔽接地与安全接地相连常采用一点接地形式，信号接地形式有一点接地和多点接地。 在一点接地形式中应使用并联的一点接地，尽量避免串联的一点接地，因为串联的一点接地易引起各单元电路接地电位的差异并通过公共接地电阻的耦合，会造成相互干扰。 对于高频信号处理单元，为避免过长的连线，可采用多点接地形式，即各电路以最短的距离分别接到就近的低阻抗接地排上，低阻抗接地排可以是有较大截面积的镀银导体，也可以是印制板上的加宽地线。 七、Watchdog技术 CPU受到干扰时，可能使程序进入“死循环”。指令的冗余技术、软件陷讲技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，通常采用Watchdog技术（看门狗），使程序脱离“死循环”。 Watchdog方法是采用定时器单元接收内部时钟提供的稳定脉冲，当定时器溢出时提出中断请求，对应的中断服务程序使CPU回到初始化程序的第一行，从而实现强制性“软复位”。 程序正常运行时，主程序每隔一定的时间（小于定时器的溢出周期）给定时器清零或置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。 另一种方法是采用专门的Watchdog芯片，由软件对其初始化，使得每隔一定的时间会自动地发出复位信号到CPU。 只有在主程序中定时地访问Watchdog芯片，才可撤消复位信号的出现，一旦 CPU受到干扰而失控，无法定时地访Watchdog芯片，则在规定时间内 Watchdog芯片将会强制CPU复位，从而脱离“死循环”。 八、印制板的抗干扰措施 １、电源和去耦电容 由于负载电流大，电源线和地线要加粗，走线尽量短。开关噪声严重，要在电源入口处，以及每片存储芯片的Vcc与GND之间接入去耦电容。 ２、存储器布线 数据线、地址线、控制线要尽量缩短（尤其是地址线），以减少对地电容。各条线的长短、布线方式应尽量一致，以免造成各线的阻抗差异过大，使地址信号传输过程中波形差异过大，形成控制信息的非同步干扰。印制板两面的三总线互相垂直，以防止总线之间的电磁干扰。 ３、匹配电阻 总线和时钟线的始端和终端要配置合适的上拉电阻，以提高高电平噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。若主机的三总线需要引出，应通过三态缓冲门后再与其他扩展板相连接。这样可以有效防止外界电磁干扰。 ４、接插件 印制板接插件除了要考虑插拔方便，还应考虑输入端悬空造成的影响，要保证输入信号线没有连接时，输入端有上拉电阻或下拉电阻给以一定的信号值，并且输入端要有一定的限流措施和防高静电对电路的影响；在输出端有防止输出短路造成的影响，如可考虑串接一定的限流电阻。 7.3 软件的可靠性与抗干扰技术 软件抗干扰技术所要考虑的有这样几个方面： 1、当干扰使运行程序发生混乱，导致程序失控或陷入死循环时，采取使程序重新纳入正规的措施，如软件冗余、软件陷阱、看门狗等技术； 2、采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声的影响，如数字滤波技术； 3、一旦发现错误，能及时报告，有条件时可自动纠正，这就是错误的检测和故障诊断。 主要包括存储空间分配和程序结构的设计、数字滤波技术、数据检错和纠错、数据的保护和恢复、开机自检与故障诊断等。 1、软件冗余和软件陷阱 在控制系统中，对于响应时间较慢的输入数据，应在有效时间内多次采集并比较；对于控制外部设备的输出数据，有时则需要多次重复执行，以确保有关信号的可靠性，这是通过软件冗余来达到的。 有时，甚至可把重要的指令设计成定时扫描模块，使其在整个程序的循环运行过程中反复执行。 软件陷阱是通过执行某个指令进入特定的程序处理模块，相当于由外部中断信号引起的中断响应，一般软件陷阱有现场保护功能。 软件陷阱用于抗干扰时，首先检查是否是干扰引起的，并判断造成影响的程度，如不能恢复则强制进入复位状态，如干扰已撤消则可立即恢复执行原来的程序。 2、数字滤波技术 （1）平均法：同时采样多次取平均； （2）比较法：同时采样多次，按照规律做出取舍； （3）中值滤波：同时采样多次，取中间值作为采样值。 3、开机自检与故障诊断 ●开机自检 （1）存储器的读写功能； （2）输入输出口的读写功能； （3）设备和系统的自检。 ●故障诊断 故障诊断最基本功能包括错误检查和错误指示。错误检查通常在各个运行模块中完成，错误显示由一个独立的模块实现。 （3）静电耦合(图7.5) 控制系统的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在分布电容。如某一导体上的信号电压变化通过分布电容影响到其他导体上的电位，这种现象称为电容性耦合，也称静电耦合或电场耦合。噪声通过电容耦合的影响程度取决于分布