汽車電子硬件設計-詳細目錄發布時間：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了出來，全部畫出來以后可以通過圖形化的方式把內容給聯系起來，這樣對我也是一種直觀的整理方式。 對汽車電子硬件設計的建議 第0章 汽車電子和產業概覽 汽車電子企業和汽車電子產業鏈汽車電子企業的變化我國的汽車電子產業 第1章 汽車電子環境1.1 氣候與化學環境基本溫度實驗、模塊的外殼防護等級、濕熱試驗、化學環境和鹽霧1.2 機械負荷振動、沖擊和跌落1.3 電氣負荷過電壓與反電壓、開路與短路、地偏移和供電的非理想情況1.4 電磁兼容 電源傳導干擾、靜電 第2章 汽車電子開發流程2.1 質量體系TS16949、八項基本原則2.2 電子產品的開發流程模塊的開發流程、V型過程、職責劃分、團隊構建、Review方法、文件系統、流程化的思考 第3章 汽車電子硬件設計方法3.1 可靠性預測元器件失效率計算、失效分布、使用的修正和降額設計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的基本內容3.4 故障樹分析基本介紹、實際應用3.5 潛在路徑分析熔絲盒問題、潛在電路的分析3.6 熱分析穩態的散熱計算、熱特性參數、PCB導線設置 第4章 元器件注意事項4.1 對于元器件的規范要求ROHS、氧化和濕敏4.1 電阻選值、元件工藝、最壞精度、散熱分析、防浪涌能力 、大封裝問題 4.2 電容數字電路的噪聲、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、穩壓管的使用、細致的功耗計算4.4 三極管飽和的條件、注意事項4.5 功率MOSFET管開啟關閉特性、直接耦合驅動電路三章內容聯系 第5章 汽車電子低壓電源設計 5.1電源反接保護 二極管電路、PMOS管電路、NMOS管電路、繼電器、開關控制電路的設計5.2 瞬態抑制靜電電容、TVS管的使用、MOV的使用5.3 電壓監測遲滯門限和狀態圖、過壓與欠壓電路、Bulk電容5.4 低壓降穩壓器穩壓原理、LDO的熱分析、電容ESR引起的震蕩5.5 靜態電流的管理靜態電流的限制、靜態電流控制策略 第6章 汽車電子輸入與輸出接口6.1 輸入輸出的規范化整理連接器的選型考慮、I/O功能框圖6.2 開關輸入設計的基礎要求開關和線束、輸入開關狀態分析6.3 低電平和高電平有效電路接口設計約束、電路的正向設計、從外部到內部的驗證、從內部到外部的驗證、實際微調6.4 模擬輸入接口組合開關的電路、電流轉換電路6.5 智能功率器件開關的功耗分析、感性負載保護、反接保護、故障診斷電路與波形、模擬診斷的計算6.6 繼電器應用繼電器參數分析、繼電器的各種電壓、浪涌電壓的抑制、觸點保護 第7章 主控單元與模塊設計7.1 單片機的輸入輸出口IO驅動能力、MCU功耗分析、AD轉化誤差、內置AD的使用、未使用的引腳7.2 單片機的時鐘與復位復位詳解、時鐘選擇、高速CAN的時鐘精度 第8章 電子制圖設計8.1 原理圖設計原理圖繪制要點、 BOM的整理和規范8.2 地線策略地線策略設計目標、地線間的連接處理8.3印刷電路板的設計布局規則、走線的規則8.4 DFM設計可制造性的設計要點、可測試性設計8.5印刷電路板的加工過程和工藝 第9章 汽車電子工程師的成長與雜談9.1 汽車電子硬件工程師的成長9.2 認識汽車產品質量的重要性9.3 硬件工作內容和重心的轉變9.4 在組織中學習和規范化改進9.5 汽車電子領域工程師的工作機會和發展機遇9.6 給畢業生和在校學生的幾條建議汽車電子硬件設計-硬件設計方法發布時間：2011-05-29 22:56:56 其實從一個角度而言，整本書都可以不要，但是這個章節確實需要讓每一位在汽車電子領域從事硬件設計的工程師去重視。 一個普遍意義上的問題是，當我們了解完需求，把內動定義好，從電路圖設計開始到電路圖繪制完成，有什么樣的一個形式來說明這個設計是可靠的呢？這個問題的提出是在于，如何能夠說服自己和說服整個團隊，電路的設計是經過精心考慮的，能夠在前期的考慮中，就完全考慮了后面可能出現的問題，包括需要通過的設計驗證試驗、調試中可能出現的問題、裝車過程中可能出現的問題和未來潛在的設計更改。 在以上的示意圖中，大概歸納出了失效率&壽命估計、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態和暫態的熱狀態分析這些內容，作為一個模塊的強壯性的依據，換句話來說，也就是設計的靠譜程度。這與在各個方面應用較多的強壯性設計方法，并沒有沖突，本質上這塊內容可以統統劃分到容差分析里頭，作為校核電路的內部指標（模塊內生性的一些參數）和外部指標（根據系統要求的基本輸出參數）。 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，一個較小的子系統也就趴下了。以車身控制器為例，車門、車窗、雨刮、車燈和門禁系統，哪個功能失效了，消費者可是要求索賠的，車商還得Cover經銷商的問題，一旦累計到某個程度，還必須召回這些車輛。所以在要求電子模塊里頭，質量問題也就成了最基本的要求，設計使用時間和整個模塊的故障率都是要求較高的，畢竟沒人要求一個MP3或者電風扇使用15年。 以下為目錄，我將努力在每個小節的地方寫清楚為什么？和之間的相互聯系，作為每章理清思路的開始。在補充以后，有不明白的地方可以提出來。 第3章 汽車電子硬件設計方法 3.1模塊的可靠性預測 如前面所說的那樣，模塊的無故障使用時間是需要工程師進行評估的。這是從元件的失效率開始計算模塊的子功能系統的失效率，最后大致得出整個模塊的失效率，這個指標是需要進行控制的。對于元件失效來說，是需要在實際運行中進行統計得出來的，由于汽車電子的特殊性，它并不具備自己失效數據庫（汽車OEM負責調查汽車質量，控制模塊僅僅作為一部分，很難單獨進行大量的統計）。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。 這項工作需要較多的時間，采取可靠性軟件已經把完成簡化；在自己需要親手做的情況下，可以選擇元件計數法或應力分析法，前者適用于缺乏足夠的時間下得出簡要結果，后者是設計到了需要確認的階段清晰化的結果。 3.1.1 MIL-HDBK-217F 美國的軍標是一份久經考驗的材料，由于其統計的樣本較早，IC企業的工藝和可靠性都有著飛速的提升，以它的數值來進行評估，結果是很悲觀并且不太切合實際。因此往往根據這份材料來做一個相對結果，然后根據企業自身的數據對數據進行調整。 仔細看這份材料，里頭有著我們使用的所有元件的失效率計算公式，也給出了各個參數所對應的數值，可以根據這些材料手頭算算。 3.1.2 元件的失效分布 單個元件的損壞，往往會形成不同的結果，這樣的不同表現形式的失效也會對模塊產生不同的影響。而我們在分析這些結果的時候，也可以得到這種結果是依照一定的概率進行分布的。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 分布的簡化 事實上，338B給出了太多的失效模式，這使得我們的故障原因和錯誤樹分析會非常復雜，而且我們比較關心一些關鍵性的失效模式，這樣我們就需要對某些分布進行合并和簡化。這個事情是需要公司進行積累的，比較簡單的方法是找元器件的提供商給出其分析的數據，往往可以較為簡單的達到目的。 3.1.4 降額設計 元件的失效率是直接與其各種載荷直接相關的，也就是其標稱的值，需要采取一定的降額使用才能達到一個較為理想的結果。而在算完一遍失效率以后，再去調整每個元件的額度是較為痛苦的，因此這里可以參考GJBZ3593進行一個前置的處理。然后根據前面的失效率檢查，確認結果才進行調整，后續的工作會做得有效些。 3.2 最壞情況分析 PS：做這項工作時間最久，也最有感情。 元件的失效往往不一定在穩定的狀態下，有時候是在惡劣的環境下，各種載荷和條件集中在一起的時候，使得模塊突然超過了其容忍程度。因此估計在各種最壞條件下，模塊中的電路的各種參數和特性是非常有必要的。這里需要保證，模塊的各個主要功能符合規定的范圍，實際狀態達不到損壞的范圍，因此熱狀態的分析往往是最壞情況分析的一個主要研究對象，這部分內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、汽車環境變化引起的偏差和退化效應引起的部分。對于數字電路和模擬電路分別有著需要關注的內容，方法一般有三種，極值法、均方根法和蒙特卡洛。 3.2.1 整合復雜的情況 最基礎的情況，是需要把每個元件建立起基礎的參數文檔。一個最為簡單的例子，是將電阻的精度，在各種條件下的最壞值給計算出來，我們看到的精度是正常狀態下的。 另外一個重要的事情，是得把電路分析的方法找回來，由于計算過程中需要引入大量的模型，構成的回路較多。可能需要在節點電壓法和網孔電流法的支持下，使用矩陣進行運算。 3.2.2 極值分析法 相對而言，這是最悲觀和最簡單的方法，將所有的輸入參數分為上限和下限，就可以得到整個電路的上限和下限。至于如何選擇，則可以用靈敏度和求導方法求取上下限參數組合。 3.2.3 均方根分析 相對樂觀一點，也把某些壞的情況忽略了，將所有的參數的方差整理出來，得出系統的方差，然后選擇覆蓋模塊的概率范圍。 3.2.4 蒙特卡羅分析 采用隨機抽樣的方法是較為簡單的，不停的在一個范圍內進行隨機數代入，得出系統的分布的柱狀圖，能夠精確的知道模塊在大量應用的實際情況。這是必不可少的步驟，在計算中需要一些技巧，我做了一個例子。 3.2.5 PSPICE的應用 用軟件的方法當然是簡單的，但是模型建立也需要費時間，一般作為某些電路分析的必要內容。我其實推薦大家使用Mathcad，可以做得更為精確，特別是熬過初始的建立的那個階段。 3.3 FMEA失效模式的影響分析 在一個相對復雜的系統中，如果不能從減少潛在故障的角度去考慮問題，將可能收獲諸多的問題。在國際汽車質量要求越來越苛刻的條件下，汽車電子模塊中進行失效模式的分析是非常有必要的。由于這塊內容需要更多經驗，我曾經做過的東西好像實在是有些差距，這里只是給出了一些基本的參考材料。 3.3.1 找問題 這里要說的，是我當初在涉及尋找故障中采取的一些標準化方法。當初的某個車在路試的時候，轉向燈的驅動電路燒毀，光是尋找這個原因就花費了大量的時間，最后找到的原因是門鎖驅動抑制感性沒做好。按照當初的看法，如果有一份完整的DFMEA，長時間的無頭緒調查和排查型實驗毫無價值。 3.3.2 實際內容 這部分整理了一些基礎的內容，由于沒有太多經驗，只能盡力寫些基礎的材料，篇幅不大。 3.4 故障樹分析 故障樹在某些故障的分析過程中，是一種非常好用的工具，在分析某些重大的故障和問題的時候，相對給力。 3.4.1 樹形結構 篇幅不大，主要介紹一些基礎的東西。 3.4.2 實現操作的方法 定性和定量的方法里頭，定量的需要建立一個事件的數據庫，這里花了一些篇幅介紹一塊免費軟件的操作。 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，或者因為運輸需要取下某些熔絲的時候，為了不讓不同的輸入之間產生“潛入”，這項工作是非常必要的。 3.5.1 “熔絲”問題 當某些模塊存在上拉的負載，而本身電源熔絲取下的時候，是重點分析的對象。 3.5.2 意想不到的潛在電路 這里指電源內部不同電源（12V和5V或者其他電壓軌），為了保護，可能采取鉗位，另一方面就可能會有問題，舉了個典型的例子來分析情況。 總體而言，潛入路徑是一種系統分析方法，是要把所有的負載和電源，內部電壓軌之間進行系統性分析。在某些情況下，可能需要進入IC級別分析，特別是目前IC集成了越來越多的功能，不注意這點，到時候發生問題找不到哭都哭不出來。 3.6 模塊熱分析 汽車電子模塊的環境溫度很苛刻，即使是汽車級別的器件，在某些時候散熱功率也隨著環境變化的，這里需要仔細核算。車身電子好像總體問題不大，EV和HEV的功率電子的應用才是關鍵，因此我在本文中僅僅是開了個頭，這本書里頭想要對此深入搞下去肯定是不可能的，以后等這本書順利出出來，有時候我會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 穩態的散熱計算方法 介紹各種元件的發熱計算方法，和基本概念如熱阻等的定義，以及實際的情況。 3.6.2 熱效應系數 這里介紹的較為簡單，主要是