汽車電子硬件設(shè)計(jì)

1、汽車電子硬件設(shè)計(jì)-詳細(xì)目錄發(fā)布時(shí)間：2011-05-29 22:58:53 我把目錄給整理了一下，并且把一部分以圖形的方式畫(huà)了出來(lái)，全部畫(huà)出來(lái)以后可以通過(guò)圖形化的方式把內(nèi)容給聯(lián)系起來(lái)，這樣對(duì)我也是一種直觀的整理方式。對(duì)汽車電子硬件設(shè)計(jì)的建議第0章 汽車電子和產(chǎn)業(yè)概覽 汽車電子企業(yè)和汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈汽車電子企業(yè)的變化我國(guó)的汽車電子產(chǎn)業(yè)第1章 汽車電子環(huán)境1.1 氣候與化學(xué)環(huán)境基本溫度實(shí)驗(yàn)、模塊的外殼防護(hù)等級(jí)、濕熱試驗(yàn)、化學(xué)環(huán)境和鹽霧1.2 機(jī)械負(fù)荷振動(dòng)、沖擊和跌落1.3 電氣負(fù)荷過(guò)電壓與反電壓、開(kāi)路與短路、地偏移和供電的非理想情況1.4 電磁兼容 電源傳導(dǎo)干擾、靜電第2章 汽車電子開(kāi)發(fā)流程2.1

2、質(zhì)量體系TS16949、八項(xiàng)基本原則2.2 電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程模塊的開(kāi)發(fā)流程、V型過(guò)程、職責(zé)劃分、團(tuán)隊(duì)構(gòu)建、Review方法、文件系統(tǒng)、流程化的思考第3章 汽車電子硬件設(shè)計(jì)方法3.1 可靠性預(yù)測(cè)元器件失效率計(jì)算、失效分布、使用的修正和降額設(shè)計(jì)3.2 最壞情況分析基本介紹、極值分析法、均方根分析、蒙特卡羅分析、PSPICE3.3 DFMEA故障解決方法、DFMEA的基本內(nèi)容3.4 故障樹(shù)分析基本介紹、實(shí)際應(yīng)用3.5 潛在路徑分析熔絲盒問(wèn)題、潛在電路的分析3.6 熱分析穩(wěn)態(tài)的散熱計(jì)算、熱特性參數(shù)、PCB導(dǎo)線設(shè)置第4章 元器件注意事項(xiàng)4.1 對(duì)于元器件的規(guī)范要求ROHS、氧化和濕敏4.1 電阻選值、

3、元件工藝、最壞精度、散熱分析、防浪涌能力 、大封裝問(wèn)題 4.2 電容數(shù)字電路的噪聲、旁路電容和去耦電容、MLCC電容、鋁電解電容、鉭電容、容值偏差4.3 二極管特性和參數(shù)、穩(wěn)壓管的使用、細(xì)致的功耗計(jì)算4.4 三極管飽和的條件、注意事項(xiàng)4.5 功率MOSFET管開(kāi)啟關(guān)閉特性、直接耦合驅(qū)動(dòng)電路三章內(nèi)容聯(lián)系第5章 汽車電子低壓電源設(shè)計(jì) 5.1電源反接保護(hù) 二極管電路、PMOS管電路、NMOS管電路、繼電器、開(kāi)關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)5.2 瞬態(tài)抑制靜電電容、TVS管的使用、MOV的使用5.3 電壓監(jiān)測(cè)遲滯門(mén)限和狀態(tài)圖、過(guò)壓與欠壓電路、Bulk電容5.4 低壓降穩(wěn)壓器穩(wěn)壓原理、LDO的熱分析、電容ESR引起的

4、震蕩5.5 靜態(tài)電流的管理靜態(tài)電流的限制、靜態(tài)電流控制策略第6章 汽車電子輸入與輸出接口6.1 輸入輸出的規(guī)范化整理連接器的選型考慮、I/O功能框圖6.2 開(kāi)關(guān)輸入設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求開(kāi)關(guān)和線束、輸入開(kāi)關(guān)狀態(tài)分析6.3 低電平和高電平有效電路接口設(shè)計(jì)約束、電路的正向設(shè)計(jì)、從外部到內(nèi)部的驗(yàn)證、從內(nèi)部到外部的驗(yàn)證、實(shí)際微調(diào)6.4 模擬輸入接口組合開(kāi)關(guān)的電路、電流轉(zhuǎn)換電路6.5 智能功率器件開(kāi)關(guān)的功耗分析、感性負(fù)載保護(hù)、反接保護(hù)、故障診斷電路與波形、模擬診斷的計(jì)算6.6 繼電器應(yīng)用繼電器參數(shù)分析、繼電器的各種電壓、浪涌電壓的抑制、觸點(diǎn)保護(hù)第7章 主控單元與模塊設(shè)計(jì)7.1 單片機(jī)的輸入輸出口IO驅(qū)動(dòng)能力、M

5、CU功耗分析、AD轉(zhuǎn)化誤差、內(nèi)置AD的使用、未使用的引腳7.2 單片機(jī)的時(shí)鐘與復(fù)位復(fù)位詳解、時(shí)鐘選擇、高速CAN的時(shí)鐘精度第8章 電子制圖設(shè)計(jì)8.1 原理圖設(shè)計(jì)原理圖繪制要點(diǎn)、 BOM的整理和規(guī)范8.2 地線策略地線策略設(shè)計(jì)目標(biāo)、地線間的連接處理8.3印刷電路板的設(shè)計(jì)布局規(guī)則、走線的規(guī)則8.4 DFM設(shè)計(jì)可制造性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、可測(cè)試性設(shè)計(jì)8.5印刷電路板的加工過(guò)程和工藝第9章 汽車電子工程師的成長(zhǎng)與雜談9.1 汽車電子硬件工程師的成長(zhǎng)9.2 認(rèn)識(shí)汽車產(chǎn)品質(zhì)量的重要性9.3 硬件工作內(nèi)容和重心的轉(zhuǎn)變9.4 在組織中學(xué)習(xí)和規(guī)范化改進(jìn)9.5 汽車電子領(lǐng)域工程師的工作機(jī)會(huì)和發(fā)展機(jī)遇9.6 給畢業(yè)生和在校

6、學(xué)生的幾條建議汽車電子硬件設(shè)計(jì)-硬件設(shè)計(jì)方法發(fā)布時(shí)間：2011-05-29 22:56:56 其實(shí)從一個(gè)角度而言，整本書(shū)都可以不要，但是這個(gè)章節(jié)確實(shí)需要讓每一位在汽車電子領(lǐng)域從事硬件設(shè)計(jì)的工程師去重視。 一個(gè)普遍意義上的問(wèn)題是，當(dāng)我們了解完需求，把內(nèi)動(dòng)定義好，從電路圖設(shè)計(jì)開(kāi)始到電路圖繪制完成，有什么樣的一個(gè)形式來(lái)說(shuō)明這個(gè)設(shè)計(jì)是可靠的呢？這個(gè)問(wèn)題的提出是在于，如何能夠說(shuō)服自己和說(shuō)服整個(gè)團(tuán)隊(duì)，電路的設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)精心考慮的，能夠在前期的考慮中，就完全考慮了后面可能出現(xiàn)的問(wèn)題，包括需要通過(guò)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)、調(diào)試中可能出現(xiàn)的問(wèn)題、裝車過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和未來(lái)潛在的設(shè)計(jì)更改。 在以上的示意圖中，大概歸納出了

7、失效率&壽命估計(jì)、故障&原因分析、極端條件下的最壞情況的分析、潛在電路和潛在的模式分析和穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的熱狀態(tài)分析這些內(nèi)容，作為一個(gè)模塊的強(qiáng)壯性的依據(jù)，換句話來(lái)說(shuō)，也就是設(shè)計(jì)的靠譜程度。這與在各個(gè)方面應(yīng)用較多的強(qiáng)壯性設(shè)計(jì)方法，并沒(méi)有沖突，本質(zhì)上這塊內(nèi)容可以統(tǒng)統(tǒng)劃分到容差分析里頭，作為校核電路的內(nèi)部指標(biāo)（模塊內(nèi)生性的一些參數(shù)）和外部指標(biāo)（根據(jù)系統(tǒng)要求的基本輸出參數(shù)）。 在汽車中，有著太多的零件，而電子模塊往往起著控制的作用，要是它趴下了，一個(gè)較小的子系統(tǒng)也就趴下了。以車身控制器為例，車門(mén)、車窗、雨刮、車燈和門(mén)禁系統(tǒng)，哪個(gè)功能失效了，消費(fèi)者可是要求索賠的，車商還得Cover經(jīng)銷商的問(wèn)題

8、，一旦累計(jì)到某個(gè)程度，還必須召回這些車輛。所以在要求電子模塊里頭，質(zhì)量問(wèn)題也就成了最基本的要求，設(shè)計(jì)使用時(shí)間和整個(gè)模塊的故障率都是要求較高的，畢竟沒(méi)人要求一個(gè)MP3或者電風(fēng)扇使用15年。 以下為目錄，我將努力在每個(gè)小節(jié)的地方寫(xiě)清楚為什么？和之間的相互聯(lián)系，作為每章理清思路的開(kāi)始。在補(bǔ)充以后，有不明白的地方可以提出來(lái)。第3章 汽車電子硬件設(shè)計(jì)方法3.1模塊的可靠性預(yù)測(cè) 如前面所說(shuō)的那樣，模塊的無(wú)故障使用時(shí)間是需要工程師進(jìn)行評(píng)估的。這是從元件的失效率開(kāi)始計(jì)算模塊的子功能系統(tǒng)的失效率，最后大致得出整個(gè)模塊的失效率，這個(gè)指標(biāo)是需要進(jìn)行控制的。對(duì)于元件失效來(lái)說(shuō)，是需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出來(lái)的，由于汽

9、車電子的特殊性，它并不具備自己失效數(shù)據(jù)庫(kù)（汽車OEM負(fù)責(zé)調(diào)查汽車質(zhì)量，控制模塊僅僅作為一部分，很難單獨(dú)進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)）。不像做軍工的可以參考MIL-HDBK-217F2，做通信的可以參考Telcordia Issue或者HRD5。 這項(xiàng)工作需要較多的時(shí)間，采取可靠性軟件已經(jīng)把完成簡(jiǎn)化；在自己需要親手做的情況下，可以選擇元件計(jì)數(shù)法或應(yīng)力分析法，前者適用于缺乏足夠的時(shí)間下得出簡(jiǎn)要結(jié)果，后者是設(shè)計(jì)到了需要確認(rèn)的階段清晰化的結(jié)果。3.1.1 MIL-HDBK-217F 美國(guó)的軍標(biāo)是一份久經(jīng)考驗(yàn)的材料，由于其統(tǒng)計(jì)的樣本較早，IC企業(yè)的工藝和可靠性都有著飛速的提升，以它的數(shù)值來(lái)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果是很悲觀并且不

10、太切合實(shí)際。因此往往根據(jù)這份材料來(lái)做一個(gè)相對(duì)結(jié)果，然后根據(jù)企業(yè)自身的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。 仔細(xì)看這份材料，里頭有著我們使用的所有元件的失效率計(jì)算公式，也給出了各個(gè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，可以根據(jù)這些材料手頭算算。3.1.2 元件的失效分布 單個(gè)元件的損壞，往往會(huì)形成不同的結(jié)果，這樣的不同表現(xiàn)形式的失效也會(huì)對(duì)模塊產(chǎn)生不同的影響。而我們?cè)诜治鲞@些結(jié)果的時(shí)候，也可以得到這種結(jié)果是依照一定的概率進(jìn)行分布的。217F并不給出失效的分布，338B則給出了完整的失效分布。3.1.3 分布的簡(jiǎn)化 事實(shí)上，338B給出了太多的失效模式，這使得我們的故障原因和錯(cuò)誤樹(shù)分析會(huì)非常復(fù)雜，而且我們比較關(guān)心一些關(guān)鍵性的失效模式，

11、這樣我們就需要對(duì)某些分布進(jìn)行合并和簡(jiǎn)化。這個(gè)事情是需要公司進(jìn)行積累的，比較簡(jiǎn)單的方法是找元器件的提供商給出其分析的數(shù)據(jù)，往往可以較為簡(jiǎn)單的達(dá)到目的。3.1.4 降額設(shè)計(jì) 元件的失效率是直接與其各種載荷直接相關(guān)的，也就是其標(biāo)稱的值，需要采取一定的降額使用才能達(dá)到一個(gè)較為理想的結(jié)果。而在算完一遍失效率以后，再去調(diào)整每個(gè)元件的額度是較為痛苦的，因此這里可以參考GJBZ3593進(jìn)行一個(gè)前置的處理。然后根據(jù)前面的失效率檢查，確認(rèn)結(jié)果才進(jìn)行調(diào)整，后續(xù)的工作會(huì)做得有效些。3.2 最壞情況分析PS：做這項(xiàng)工作時(shí)間最久，也最有感情。 元件的失效往往不一定在穩(wěn)定的狀態(tài)下，有時(shí)候是在惡劣的環(huán)境下，各種載荷和條件集中

12、在一起的時(shí)候，使得模塊突然超過(guò)了其容忍程度。因此估計(jì)在各種最壞條件下，模塊中的電路的各種參數(shù)和特性是非常有必要的。這里需要保證，模塊的各個(gè)主要功能符合規(guī)定的范圍，實(shí)際狀態(tài)達(dá)不到損壞的范圍，因此熱狀態(tài)的分析往往是最壞情況分析的一個(gè)主要研究對(duì)象，這部分內(nèi)容與熱分析有著一定的重疊和交叉。 我們要分析的誤差，大概可分為初始偏差、汽車環(huán)境變化引起的偏差和退化效應(yīng)引起的部分。對(duì)于數(shù)字電路和模擬電路分別有著需要關(guān)注的內(nèi)容，方法一般有三種，極值法、均方根法和蒙特卡洛。3.2.1 整合復(fù)雜的情況 最基礎(chǔ)的情況，是需要把每個(gè)元件建立起基礎(chǔ)的參數(shù)文檔。一個(gè)最為簡(jiǎn)單的例子，是將電阻的精度，在各種條件下的最壞值給計(jì)算出

13、來(lái)，我們看到的精度是正常狀態(tài)下的。 另外一個(gè)重要的事情，是得把電路分析的方法找回來(lái)，由于計(jì)算過(guò)程中需要引入大量的模型，構(gòu)成的回路較多?？赡苄枰诠?jié)點(diǎn)電壓法和網(wǎng)孔電流法的支持下，使用矩陣進(jìn)行運(yùn)算。3.2.2 極值分析法 相對(duì)而言，這是最悲觀和最簡(jiǎn)單的方法，將所有的輸入?yún)?shù)分為上限和下限，就可以得到整個(gè)電路的上限和下限。至于如何選擇，則可以用靈敏度和求導(dǎo)方法求取上下限參數(shù)組合。3.2.3 均方根分析 相對(duì)樂(lè)觀一點(diǎn)，也把某些壞的情況忽略了，將所有的參數(shù)的方差整理出來(lái)，得出系統(tǒng)的方差，然后選擇覆蓋模塊的概率范圍。3.2.4 蒙特卡羅分析 采用隨機(jī)抽樣的方法是較為簡(jiǎn)單的，不停的在一個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)數(shù)代入

14、，得出系統(tǒng)的分布的柱狀圖，能夠精確的知道模塊在大量應(yīng)用的實(shí)際情況。這是必不可少的步驟，在計(jì)算中需要一些技巧，我做了一個(gè)例子。3.2.5 PSPICE的應(yīng)用 用軟件的方法當(dāng)然是簡(jiǎn)單的，但是模型建立也需要費(fèi)時(shí)間，一般作為某些電路分析的必要內(nèi)容。我其實(shí)推薦大家使用Mathcad，可以做得更為精確，特別是熬過(guò)初始的建立的那個(gè)階段。3.3 FMEA失效模式的影響分析 在一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)中，如果不能從減少潛在故障的角度去考慮問(wèn)題，將可能收獲諸多的問(wèn)題。在國(guó)際汽車質(zhì)量要求越來(lái)越苛刻的條件下，汽車電子模塊中進(jìn)行失效模式的分析是非常有必要的。由于這塊內(nèi)容需要更多經(jīng)驗(yàn)，我曾經(jīng)做過(guò)的東西好像實(shí)在是有些差距，這里只

15、是給出了一些基本的參考材料。3.3.1 找問(wèn)題 這里要說(shuō)的，是我當(dāng)初在涉及尋找故障中采取的一些標(biāo)準(zhǔn)化方法。當(dāng)初的某個(gè)車在路試的時(shí)候，轉(zhuǎn)向燈的驅(qū)動(dòng)電路燒毀，光是尋找這個(gè)原因就花費(fèi)了大量的時(shí)間，最后找到的原因是門(mén)鎖驅(qū)動(dòng)抑制感性沒(méi)做好。按照當(dāng)初的看法，如果有一份完整的DFMEA，長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)頭緒調(diào)查和排查型實(shí)驗(yàn)毫無(wú)價(jià)值。3.3.2 實(shí)際內(nèi)容 這部分整理了一些基礎(chǔ)的內(nèi)容，由于沒(méi)有太多經(jīng)驗(yàn)，只能盡力寫(xiě)些基礎(chǔ)的材料，篇幅不大。3.4 故障樹(shù)分析 故障樹(shù)在某些故障的分析過(guò)程中，是一種非常好用的工具，在分析某些重大的故障和問(wèn)題的時(shí)候，相對(duì)給力。3.4.1 樹(shù)形結(jié)構(gòu) 篇幅不大，主要介紹一些基礎(chǔ)的東西。3.4.2

16、實(shí)現(xiàn)操作的方法 定性和定量的方法里頭，定量的需要建立一個(gè)事件的數(shù)據(jù)庫(kù)，這里花了一些篇幅介紹一塊免費(fèi)軟件的操作。3.5 潛在路徑分析 汽車電氣里頭有著熔絲盒，在某些地方可能熔斷的情況下，或者因?yàn)檫\(yùn)輸需要取下某些熔絲的時(shí)候，為了不讓不同的輸入之間產(chǎn)生“潛入”，這項(xiàng)工作是非常必要的。3.5.1 “熔絲”問(wèn)題 當(dāng)某些模塊存在上拉的負(fù)載，而本身電源熔絲取下的時(shí)候，是重點(diǎn)分析的對(duì)象。3.5.2 意想不到的潛在電路 這里指電源內(nèi)部不同電源（12V和5V或者其他電壓軌），為了保護(hù)，可能采取鉗位，另一方面就可能會(huì)有問(wèn)題，舉了個(gè)典型的例子來(lái)分析情況。 總體而言，潛入路徑是一種系統(tǒng)分析方法，是要把所有的負(fù)載和電源，

17、內(nèi)部電壓軌之間進(jìn)行系統(tǒng)性分析。在某些情況下，可能需要進(jìn)入IC級(jí)別分析，特別是目前IC集成了越來(lái)越多的功能，不注意這點(diǎn)，到時(shí)候發(fā)生問(wèn)題找不到哭都哭不出來(lái)。3.6 模塊熱分析 汽車電子模塊的環(huán)境溫度很苛刻，即使是汽車級(jí)別的器件，在某些時(shí)候散熱功率也隨著環(huán)境變化的，這里需要仔細(xì)核算。車身電子好像總體問(wèn)題不大，EV和HEV的功率電子的應(yīng)用才是關(guān)鍵，因此我在本文中僅僅是開(kāi)了個(gè)頭，這本書(shū)里頭想要對(duì)此深入搞下去肯定是不可能的，以后等這本書(shū)順利出出來(lái)，有時(shí)候我會(huì)努力的整理一些汽車功率電子熱分析的材料給大家，這樣可能更有意義。3.6.1 穩(wěn)態(tài)的散熱計(jì)算方法 介紹各種元件的發(fā)熱計(jì)算方法，和基本概念如熱阻等的定義，以及實(shí)際的情況。3.6.2 熱效應(yīng)系數(shù) 這里介紹的較為簡(jiǎn)單，主要是