车辆监测用微波测速雷达的可靠性设计方案 (1)

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 1 车辆监测用微波测速雷达的可靠性设计 一、可靠性设计的主要基本参照文件 ........................................................................................... 2 二、测速雷达可靠性设计的目的和意义 ....................................................................................... 2 三、可靠性设计的基本思路 ........................................................................................................... 4 四、系统级可靠性设计 ................................................................................................................... 4 五、电路级可靠性设计 ................................................................................................................... 6 六、结构级可靠性设计 ................................................................................................................. 11 七、综合级可靠性设计 ................................................................................................................. 14 八、可靠性预检验 ......................................................................................................................... 15 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库

2 用实例解说如何进行系统化的可靠性设计；介绍按系统级、电路级、结构级、综合级的设计方法；参数中心设计等现代概念的应用；发展自主创新商用电子产品的特点、难点和必须经过的历程。

一、可靠性设计的主要基本参照文件 GB/T 11463—1989 电子测量仪器 可靠性试验； GB 6587.1－86 电子测量仪器环境试验总纲 及GB 6587 系列文件； GB 5080.1－86 设备可靠性试验 总要求 及GB 5080 系列文件。 JJG 527－2007机动车超速自动监测系统检定规程 JJG 528－2004 机动车雷达测速仪检定规程

二、测速雷达可靠性设计的目的和意义 1. 保证测速雷达产品符合国家和行业提出的相关可靠性标准； 2. 保证产品在使用民用级元器件和批量生产条件下，达到合理的合格率； 3. 保证产品在民用无维护、户外恶劣的应用环境下，具有合理的故障率； 4. 保证上述要求的低成本实现。 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 3 以上四项要求事实上是产品能否生存的基本条件。公路车辆测速雷达作为民用产品，不可能用苛刻的元器件筛选来满足产品合格率的要求，因为那样会大幅度提高产品造价；不可能要求用户具有专业的维护技能、遵从耐心的安装规则、和有清洁的安装使用环境；必须能适应长期户外的恶劣环境，包括－200C～＋700C的工作环境温度，以及雨、盐雾的侵蚀、雷电环境和电磁干扰；产品必须具有很低的故障率，稍高的故障率就会使产品被市场淘汰。低成本又是紧要的限制。为了达到这些目标，大量生产的电子产品，包括民用电子产品，其设计思想与军用或专用电子产品的设计思想就会有重大的不同。军用电子产品通常采用性能最优化设计：用当前可得到的技术资源，达到最好的设计指标。成本，包括成量生产下的成本，对军用产品而言是次要的考虑因素。因此，设计方案尽量完善，产品构成可以很复杂，可以使用各种支持技术附加到产品上。大量生产的产品包括民用产品则完全不可能这样设计。大量生产条件下，节约成本极为紧要。对应用电子产品而言，只要产品能够满足应用需求，设计应力求精简。精简设计带来的好处不仅仅是降低成本，而且更容易保证产品的可靠性。精简设计要从总体方案的制定开始。必须重新审视每一个可能的技术方案，寻求最精简可靠的方案。在精简的总体设计中必须通过仔细的分析论证，提出保证技术指标的关键技术，并将解决关键技术作为产品发展的第一步。在此基础上才能落实总体方案。然后小心地进行电路和结构设计，保证产品满足应用需求和高的可靠性。由于民用产品成本上的苛刻限制，对它的可靠性设计是一个挑战。本文件具体路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 4 说明我们在测速雷达设计中对可靠性的考虑。

三、可靠性设计的基本思路 系统级设计：采用精简设计方案。在满足技术要求的前提下，尽量避免使用繁杂的电路和结构设计方案。 电路级设计：采用降额设计原则；预保护技术；电路参数中心设计技术；低敏感度设计技术；抑制干扰的接地和布线技术；抑制干扰的屏蔽技术；电路的保护性设计；接口的保护性设计；以及电磁兼容性设计。 结构级设计：采用电路－结构一体化的设计方法，在保证电气特性的同时，还要保证结构满足环境应用需求。需要考虑的技术问题包括：壳体的刚性、密封性、易安装性、和环境适应性（温度、湿度、抗风、抗盐雾、抗振动能力）；结构的力学合理性；结构与电磁兼容技术的适应性；结构力学、声学振动对雷达性能的影响考虑。 综合级设计：指热设计、抗辐射设计、抗主动干扰设计；环保型设计考虑；包装、运输设计考虑等等。本测速雷达不考虑抗辐射和抗主动干扰设计问题。

四、系统级可靠性设计 精简设计是经济型电子系统可靠性设计的基本思路。本测速雷达的总体方案完全遵从精简设计的原则。具体地说，在总体设计中考虑了 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 5 使用最可靠又简单、有效的设计方案； 对关键性的技术问题进行仔细论证和预先研究，保证达到技术要求，避免过度设计； 避免使用繁杂的电路设计方案； 避免在设计方案中使用对应用环境敏感的部件或组件。 在系统级设计方案中使用了下列设计考虑： 1. 微波发射源使用混合微波集成电路振荡器，而不用国外产品常用的GUNN振荡器。这避免了GUNN振荡器可能出现的振荡频率跳模现象。这种频率跳变现象特别敏感于起振时的环境温度和电源变化。GUNN的振荡模式跳变常常具有不规则性，并会造成雷达测量的速度数据完全不可用。使用混合微波集成电路振荡器可以消除跳模现象，保证了雷达测量数据的可靠性。 2. 从测速雷达的应用要求来看，雷达天线波束方向性图的质量是决定性能的关键。这包括波束宽度，波束形状因子（－10dB宽度与－3dB宽度的比值），旁瓣电平，以及天线的辐射效率。把这些指标做高，会大大减缓对雷达电路设计和数据处理算法的压力。直接受影响的技术参数包括：雷达的测速距离或灵敏度；雷达对车辆的定位准确性；雷达区分车辆的能力；雷达克服邻车道干扰的能力。因此在本雷达中，对雷达天线设计下了深入的功夫。天线在成量生产条件下方向性图的一致性很好，波束形状因子接近于2，旁瓣电平为－15dBi或更低。这为雷达在批量生产条件下保证性能的一致性奠定了路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 6 基础。 3. 雷达接收和信号检测使用了窄带系统方案，以达到低的噪声带宽。尽可能减少微波收发系统中的微波器件，对于降低成本和提高可靠性很有意义。 4. 充分利用当前市场上可得到的电子器件的功能，达到简化设计、提高性能、和降低成本的综合目标。 5. 使用了单个高速KITOZERP信号处理方案，尽量不附加FPGA芯片。这是鉴于所选用的高速浮点KITOZERP芯片功能强大，不贵。我们的经验表明，充分发挥单个KITOZERP的作用，而不是用多片合作解决信号处理及相关问题可以减少多个器件互连可能引起的不可靠问题。此外，系统功能的实现和扩充集中到KITOZERP软件工作上，更容易满足不同用户和应用环境提出的不同要求。

五、电路级可靠性设计 1. 降额设计 采用了以下降额设计措施： 所有元器件采用工业级，容许工作温度范围（－400C～＋850C）；储存温度范围（－650C～＋1500C）； 电容元件的耐压高于工作电压2倍； 电源模块上电容元件的耐压高于工作电压2.5倍； 电阻元件额定功耗高于实际功耗3倍； 电源额定输出功率高于实际输出功率2.5倍； 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 - 百度文库 7 2. 预保护技术 对微波器件采用了特别的预保护技术。这包括 预短路技术，保证微波器件在安装过程中不会受静电或漏电的冲击而损坏； 置偏和供电限制，保证微波器件不发生过流和过压问题； 结构性保护：微波电路有严格的加工工艺过程、对芯片粘贴和金丝绑定的加重措施、以及有专门的小型屏蔽保护结构。

3. 电路参数中心设计技术 对于大规模生产的电子产品，必须使用参数中心设计技术。当设计指标给定时，原则上说，元器件参数容许在一个参数空间中取值。而最佳或最合理的一组元件的设计值（称为中心设计值）应该这样来选取：当任何一个元件参数的实际值偏离它的设计值在一个规定的离差范围内时，电路特性能够控制在一个规定的容许范围内。可以理解，对民用电子产品特别是其中的模拟电路，使用参数中心设计技术特别重要。使用了参数中心设计技术，可以避免对元器件的参数进行苛刻的筛选，可以大幅度地提高产品的成品率。 实现参数中心设计必须使用计算机辅助设计和仿真（CAD&S）技术。用电路特性的容限图作为基本限制条件。从一个基本设计开始，对元件参数进行随机偏离试验，通过计算机仿真来寻找