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集成電路可靠性設計范文第1篇

【關鍵詞】單片機；硬件電路；可靠性

1 單片機及其相關元器件的選擇

為提高單片機系統的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各個單片機廠家在設計單片機內部電路時均采取一些新的技術措施。一些新興的單片機還在單片機內部增加了看門狗定時器，如AT89C51的換代產品AT89S51。有的單片機還內置電源檢測和復位電路，如微芯公司的某些型號的PIC單片機，這些措施大大增強了單片機自身的抗干擾能力。因此從選型上來看，可以考慮選擇一些新型的單片機，如ATMEL公司推出的AT89S51，不但內含看門狗定時器，而且可以關閉ALE信號以提高系統的可靠性。除了MCU的選擇外，其他元器件的選擇也很重要，如半導體二極管、三極管以及集成電路各項電氣參數應能滿足系統性能的基本要求。在集成電路的選擇上也有一個基本的原則，一般情況下，CMOS數字集成電路的抗干擾能力要強于TTL集成電路，這是因為CMOS數字集成電路的噪聲容限較TTL的高，因而比較而言其抗干擾能力也強。對于常用的TTL門電路，其抗干擾能力也有區別，54系列集成電路的工作溫度和電源電壓都比74系列的高，一般應用于環境較為惡劣的場合，抗干擾能力也高于74系列。在使用CMOS芯片時，由于CMOS芯片的輸入電阻極大，因此對于干擾信號比較敏感，因此電路不用的輸入引腳不可開路，可以根據實際情況將輸入端接電源或直接接地，否則的話很容易增加CMOS芯片的功耗，嚴重的會導致芯片被靜電擊穿。

2 電路板PCB布線的可靠性設計

2.1 布線:PCB導線的布設應盡可能的短，印制導線的拐彎如能成圓角則不采用直線形式，以減小高頻信號對外的發射與耦合。布置雙面板時，正反兩面的導線應采用垂直布線，避免相互平行，以減小寄生耦合。走線的寬度應能滿足電氣性能要求，導線寬度在大電流情況下還要考慮其溫度。通常情況下（經驗值），1mm寬度走線的最大承載電流在1~2A之間（根據板材而定），信號線可選擇在10~12mil（約0.25~0.3mm）。在高密度、高精度的印制線路中，導線寬度和間距一般可取12mil（0.3mm）。為了提高系統的抗干擾能力，應采取線路板全局性環形屏弊，并盡可能讓地線和電源線寬一些。走線導線的間距必須能滿足電氣安全要求，最小間距至少要能滿足所能承受的電壓，如條件允許，間距應盡量寬些。由于電路板的一個過孔會帶來大約10PF的電容效應，這對于高頻電路，將會引入太多的干擾，所以在布線的時候，應盡可能地減少過孔的數量。

2.2 接地:在地線的布置上，數字地和模擬地要分開布置，最后都要接到電源地上，尤其是在設計A/D、D/A轉換電路時一定要遵守該規則，否則可能會大幅度降低A/D采樣的精度。其次，地線應盡量加寬加粗，若線徑很細，接地電位則隨電流的變化而變化，會造成系統的抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，如有可能，接地線的寬度應大于3mm。最后，接地線最好構成閉環路，這是因為印制線路板上的集成電路元件在流過大電流時，因受接地線粗細的限制，會在地線上產生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地線構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力，在設計數字電路時更應如此。

3 抗干擾措施

集成電路可靠性設計范文第2篇

【關鍵詞】可靠性；故障率；可靠性設計

隨著市場經濟的發展，人們對產品的使用性能要求不斷提高，同時也更加重視產品的可靠性和安全性。我國在20世紀70年代在電子工業和航空工業中初步形成可靠性研究體系，并應用于軍工產品，與先進國家差距20～30年。目前我國在用的可靠性標準是國家軍用標準《GJBZ299C-2006電子設備可靠性預計手冊》，此標準為電子設備和系統的可靠性預計提供了基本數據和方法。本文簡述電子產品可靠性預計理論，對電子產品的可靠性設計方法提出參考性建議。

1.可靠性的技術指標

產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力稱為可靠性。“規定條件”指使用時的環境條件和工作條件；“規定時間”指產品規定的任務時間；“規定功能”指產品規定的必須具備的功能及其技術指標。

衡量產品可靠性水平標準有定量的，也有定性的，最常用的有可靠度、可靠壽命、故障率（失效率）λ（t）、有效壽命與平均壽命、平均無故障工作時間MTBF，本文只介紹常用的兩種評價方式。

1.1平均無故障時間MTBF

在規定條件下、規定時間內完成規定功能的概率；平均故障間隔時間MTBF的計算方法有兩種。

（1）元器件計數法：該方法適用于產品設計開發的早期。它的優點是不需要詳盡了解每個元器件的應用及它們之間的邏輯關系就可迅速估算出產品的故障率，但預計結果比較粗糙，本文不做具體說明。

（2）應力分析法：適用于電子產品詳細設計階段，產品具備了詳細的元器件清單、電應力比、環境溫度等信息，這種方法比元器件計數法準確，是產品在定型和批量生產時進行可靠性分析實際應用的方法。

首先求出每個元器件的工作故障率λpi=λbπEπTπQ

式中：λpi―第i種元器件的工作故障率；

λb―元器件基本故障率； πE―環境系數；

πT―溫度系數；πQ―質量系數。

然后計算產品的工作故障率λs：

λs=Nλpi

式中：λpi―第i中元器件的工作故障率；

N―第i種元器件的數量； n―產品中元器件的種類數。

最后計算產品的平均無故障時間MTBF=1/λs。

1.2產品故障率λ（t）

產品在規定的使用條件下使用到時刻t后，產品失效的概率。

λ（t）可用下式進行計算：

λ（t）=

式中：Δr（t）―t時刻后，Δt時間內的發生故障的產品數；

Δt―時間間隔；Ns（t）―在t時刻沒有發生故障的產品數。

1.3浴盆曲線

大多數產品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，故將故障率曲線稱為浴盆曲線。產品故障機理雖然不同，但產品的故障率隨時間的變化大致可分為三個階段：

（1）早期故障階段：在產品投入使用的初期，產品的故障率較高，且存在迅速下降的特征。

（2）偶然故障階段：在產品投入使用一段時間后，產品的故障率可降到一個較低的水平，且基本處于平衡狀態，可以近似認為故障率為常數。

（3）耗損故障階段：在產品投入使用相當長時間后，產品進入耗損故障期，產品的故障率迅速上升，出現大量的產品故障或報廢。

2.可靠性設計技術

可靠性設計包括對產品的可靠性進行預計、分配、技術設計、評定等工作。為提高電子產品的可靠性，產品設計時應注意結構盡量簡單化、插件化，盡量選用成熟的結構和典型的電路，還要對產品的性能、可靠性、經濟性綜合考慮。

常采用的可靠性設計技術有元器件的降額設計、冗余化設計、熱設計、電磁兼容設計等。

2.1降額設計

降額設計是使元器件在低于額定值的應力狀態下工作。為了提高元器件的使用可靠性，延長產品的壽命，降低施加在器件上的工作應力（如：電、熱、機械應力等），以保證電路既能可靠地工作，又能保持所需的性能。通常電阻降額是降低其使用功率與額定功率之比，電容降額是使工作電壓低于額定電壓，半導體分立器件降額是使功耗低于額定值，接觸元件則降低張力、扭力等。

電子元器件通常有一個最佳的降額范圍，在這個范圍內，元器件工作應力的變化對其失效率有顯著的影響。設計時應綜合考慮降額的條件及降額的量值，使降額時設備的可靠性增長效益最大，設計上實現困難最小。

2.2熱設計

由于現代電子設備所用的電子元器件的密度越來越高，這將使元器件之間通過傳導、輻射和對流產生熱耦合。因此熱應力是影響電子元器件失效率的一個最重要的因素。對于某些電路來說，可靠性幾乎完全取決于熱環境。有資料表明環境溫度每提高10℃，元器件壽命約降低1/2，這就是有名的“10℃法則”。為了達到預期的可靠性目的，必須將元器件的溫度降低到實際可以達到的最低水平。

熱設計包括散熱、加裝散熱器和制冷三類技術， 最常采用的方法是加散熱器方式，如在計算機機箱的電源附近加上風扇，以達到物理散熱。

2.3冗余設計

冗余設計是用一臺或多臺相同單元（系統）構成并聯形式，當其中一臺發生故障時，其它單元仍能使系統正常工作的設計技術。這種設計技術通常應用在比較重要，而且對安全性及經濟性要求較高的場合，如鍋爐的控制系統、程控交換系統等。

2.4電磁兼容性設計

電磁兼容性問題可以分為兩類：是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

為了使產品達到電磁兼容狀態，通常采用印制電路板設計、電源線濾波、信號線濾波、接地等技術。印制電路板應盡量采用大板或多層板以減少接插點，元器件布局時發熱元件遠離關鍵集成電路，布線盡量避免直角走線。對噪聲干擾特別敏感的器件應重點隔離。頻率大于10兆赫的高速器件走線盡可能短。對于常插拔的部件，設計成單面走線，盡量避免從兩側引出電纜，以便減小共模電流輻射。電源線應盡可能的靠近地線，數字地與模擬地分開。低頻電路的地采用單點并聯接地，高頻電路采用多點串聯接地，接地線加粗構成閉環路。

3.結束語

隨著電子產品的技術革新和廣泛應用，產品可靠性已成為衡量企業產品質量的關鍵技術指標。近年來，國家電網招標文件中就明確規定了投標企業必須提供包括產品設計方案、主要元器件性能、可靠性計算過程及結果、可靠性相關工藝等內容的可靠性預計報告，這也促進了企業在設計開發、生產和試驗中開展可靠性設計和分析工作，為產品質量的可靠性管理工作建立了良好的基礎。

【參考文獻】

[1]錢振宇.開關電源的電磁兼容性設計、測試和典型案例.電子工業出版社ISBN，2011-07-01.

集成電路可靠性設計范文第3篇

【關鍵詞】開關電源 可靠性 三防設計

隨著科學技術的進步，開關電源已經應用于人們生活的方方面面，人們對開關電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開關電源的可靠性是保證設備正常運行的關鍵。為此如何設計出可靠性性能高的開關電源成為相關研究者重點研究的方向。

1 開關電源可靠性設計

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統和分布式供電系統是開關電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統會由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個供電的質量造成影響，另外，集中式供電系統采用一臺電源集中供電，一旦該電源發生故障就會影響整個供電系統，分布式供電系統相比集中式供電系統供電質量具有一定的優勢，其供電電源和負載距離比較近，能夠有效改善動態響應特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節約能源的優點，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設計開關電源時，出于可靠性的考慮，通常都應用分布式供電系統，

1.2 電路拓撲選擇

開關電源的拓撲的結構非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓撲結構，雙橋或者半橋正激式電路開關能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開關管時比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓撲，其開關管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開關管選擇帶來很大的困難。全橋拓撲結構和推挽式拓撲結構容易出現單向偏磁飽和現象，容易造成開關管損壞，半橋電路本身具有自動抗不平衡的特點，可以有效改善開關管損壞的現象。所以根據拓撲結構的特點，為了保證開關電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應用的方法，其在電壓控制方面具有以下優勢：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現電流過大損壞開關管的現象，降低了短路故障和過載現象；

（2）比電壓型紋波穩定；

（3）容易補償，環路穩定；

（4）快速的瞬態響應和優良的電網電壓調整率。經過實踐證明50W開關電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠遠比電壓控制型優良。

硬開關技術往往會受到開關損耗的影響，一般情況下，其開關頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開關技術，可以將開關的損耗降低到零。軟開關技術具有諧振變換器和PWM變換器的優點，可以應用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開關電源的可靠性，通常開關電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質量問題

制造質量出現問題，解決的方法只有一個就是嚴格的選擇元器件，避免不成熟、劣質的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質量問題影響開關電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問題

器件可靠性是常見的基本失效問題，主要和元器件的工作應力水平有關，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時將早期失效。密封性能不合格。穩定性差、電參數不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應用元器件之前進行非破壞性試驗進行篩選，通過非破壞性試驗可以明顯降低元器件可靠性的問題，在進行非破壞性試驗時需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴格按照技術要求進行測試。

1.4.3 設計問題

為了有效降低設計問題導致的元器件失效，因此在選擇元器件時最好選用硅半導體，盡量少用褚半導體或者避免使用褚半導體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設計的原則一般是不使用電位器，但是如果無法避免，就需要對電位器最好封裝措施，對于在惡劣環境下。例如潮濕、煙霧等，在設計時不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導致其容易在惡劣的環境中發生腐蝕，進而影響設備的正常運行。在航天設備中應用的元器件因為常常受到空間粒子的影響，容易導致鋁電解電容發生分解。因此在選擇時盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問題

能源損耗問題和元器件的工作應力沒有關系，主要和元器件的工作的時間有關，例如鋁電解容易如果長時間運行，鋁電解電容的電容液就會會被破壞，相應的電電容容量就會降低，電解液沒損失40%，電容量就會下降20%。如果點容易的芯子出現干涸，就無法在繼續運行，因此為了避免這種情況的發生，在設計開關電源時，最好注明率電解電容的更換時間，在使用達到更換時間時，強制對其進行跟換。

1.5 安全設計和三防設計

安全性是開關電源重要的一項性能指標，如果開關電源不具有安全性就不可能實現預定的功能，還特別容易發生安全事故，從而導致發生無法挽回的重大損失。因此開關電源必須要具有很高的安全性，那么在設計開關電源時，需做好防止觸電燒傷的措施，對于防觸電可以將輸出端設計為空，對于防燒傷控制其暴露在外面的機殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過60度。在開關設計時，密封的要求也非常高，因此對于要求密封的器件做好相應的密封措施了對于暴露在空氣中的結構，不要設計凹陷的結構，做好防潮防腐蝕措施，對于開關的電源結構可以應用密封或者半密封的形勢隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對開關電源不利的因素，保證開關電源的可靠性。

2 結束語

開關電源的可靠性和開關電源設備的性能息息相關，因此保證開關電源的可靠性保證開關電源的設備的正常運行，選擇合適的元器件，合適的拓撲電路沒做好安全設計和三防設計可以有效提高開關電源的可靠性。

參考文獻

[1]姚洪平，劉億文，薛晨光.開關電源可靠性設計研究[J].電子制作，2013，17：39.

[2]劉志雄.開關電源可靠性設計探討[J].現代商貿工業，2010，09：325-326.

[3]黃永俊，張居敏，胡月來.開關電源可靠性的設計[J].農機化研究，2005，02：147-148.

集成電路可靠性設計范文第4篇

國奇科技以“最優設計，助造最優中國芯！”為使命，以“一次量產成功”為承諾，以“最優面積、最優性能、最優功耗、最優質量和最優良率”為目標來達到并超越客戶對產品質量、信實服務、生產成本、快速量產的期望，促進其產品快速為市場所廣泛接受，并使國奇科技成為其最為信賴的設計生產服務合作伙伴。

記者:谷總您好!非常榮幸有機會對您進行采訪.能否請您先介紹一下貴公司的具體情況？

谷總:國奇科技2009年9月注冊，去年才開始真正意義上的經營, 營業收入2200多萬人民幣，今年會到5000萬左右。目前，公司員工約一百人，近期還在招兵買馬，人員結構很完善：研發人員大部分有海外或海外公司背景，平均學歷碩士；設計技術覆蓋180nm到28nm范圍，到現在為止生產性流片代表案例為55nm，一次性量產成功或直接量產成功可以保證。我們集中力量追求成功，目前也實際達到了百分之百成功。我們堅決不作惡性競爭，曲高和寡，能否真正做到百分之百成功可能會遭質疑，所以國內外沒有人這樣承諾。我們鄭重做出這樣的承諾――保證直接一次性量產成功，也是作為市場區隔的一種武器。

記者:在前不久召開的“通信集成電路會議”上，您向業界做了一個題為“有直接量產成功保證的集成電路設計服務“的專題演講，請您闡述一下確保一次流片量產成功與一次流片功能實現兩者之間有什么區別？

谷總:實現一次流片成功、做個試驗片好多人都能做到，通常這一步只為實現功能，設計目的達到就可以了。而確保一次流片量產成功是直接要滿足市場上各種具體要求，是要拿到市場上銷售的。做到一次性流片量產成功具體看以下幾項：（1）芯片面積是否足夠小。（2）每一個芯片的功能、性能是否完全達到，是否完全滿足這款產品在市場的適用性。（3）功耗是否做到了足夠低。對于一款新片而言,在同樣的芯片面積、同樣的功能與性能保證下,誰做的功耗越低就越具有競爭性。（4）可靠性問題。業界普遍不太關心這個問題，而我們不同，我們認為這也是設計問題，量產成功一定要有確定的可靠性指標。（5）芯片的良率。工藝沒有意外波動的情況下，好的設計是可以保證比較高的良率的。

記者:貴公司是如何幫助IC設計企業來實現一次流片量產成功的?

谷總:主要由前端設計和后端設計兩方面來保證:

前端設計一般被業界認為是客戶自己的事，與后端提供設計服務的公司無關，但我們不這么認為。通常是委托方將前端設計的結果（門級網表加上約束條件），交給設計服務方做成一個版圖，前端設計過程的對與錯即網表的對與錯與設計服務公司無關；這是我們過去20多年設計服務公司形成的套路。這樣只能保證50%以上的成功率。我們認為這樣不夠，我們認為直接一次量產成功才是我們與客戶的共同追求。具體說起來我們在前端設計階段對客戶項目進行7個方面的梳理：（1）時鐘信號（時鐘模塊）。絕大部分客戶項目中的時鐘模塊都有我們的建設性建議，因為后端物理實現和客戶理想時鐘之間會有差異，并且大的系統時鐘很復雜，所以時鐘模塊很重要。（2）檢查全局性信號如置位復位信號等。很多人在設計中采用了異步復位，但對一些細節如什么時候結束卻并不清楚。大的SOC系統復位信號非常復雜，往往這個時候我們就能在設計中發現不少問題。（3）時序關系，也叫時序約束關系。檢查整個系統時序的完整性、合理性，而這需要有做過物理實現的、處理過大芯片多系統的、有豐富經驗的設計服務公司才行。（4）RTL 規范化處理。一個大型系統設計通常都是團隊合作，不同的設計人員由于經歷、經驗、背景不同使得編寫風格不統一，每部分單獨看都沒有問題，但放在一起可能就沒法正常工作，這個時候要有一個系統的編碼風格和有經驗的技術專家從全局的角度把握整個設計；經FPGA驗證過的RTL只反映算法實現的正確性，而并不能保證物理上可綜合、可實現，這是因為從FPGA代碼轉為SoC代碼后仍然還有一些地方需要進行調整，否則最后得到的芯片還可能無法正常工作。（5）芯片功耗的降低。如今低功耗已成為所有人關注的焦點之一，雖然功耗大小與后端設計以及制造工藝有一定關系，但我們認為后端對省電只能起到20%的作用，80%要靠前端設計來實現，如時鐘設計、RTL模塊管理等都與功耗有非常密切的聯系。我們協助客戶在前端設計及后端設計進行雙管齊下的功耗優化。（6）合理的可測試性設計（DFT）方案。我們堅持對每一個芯片都做可測性設計，使可測試設計指標---故障覆蓋率達到各類產品對可靠性設計的要求，滿足故障覆蓋率、良率、缺陷產品比例三者之間的關系；并且我們盡可能從RTL階段就把完整的DFT方案做進設計中，此時可以做到覆蓋率最大，而且也最有效。（7）提供先進的RTL綜合方案，怎么樣把面積做小、功耗做小、性能做好、物理可實現以及庫單元的取舍等都是綜合時要考慮的。

后端設計：我們后端設計主要把住五個方面。首先是面積，面積大小直接影響芯片產品最終成本，一個7×7mm2的設計如果每邊縮小1mm成本就可降低27%，這是相當大的節省；其次是性能，我們的目標是保證產品在所有額定溫度范圍和工藝條件下都滿足性能指標并正常工作；第三是功耗與電源結構，我們對所有設計都用Apache工具進行靜態和動態功耗的分析，并結合經驗做更合理估算，不僅保證最低功耗與供電結構的安全可靠，而且在流片前就可進行精確預測；第四是通過保證故障覆蓋率水平的可測性設計與良率保證達到可靠性設計的目標；第五是良率，良率高底不能簡單看成是生產工藝的原因，在同樣工藝條件下不同的設計套路對良率影響很大，保證良率對設計方法和經驗提出了很高的要求。

記者:國奇科技成立于2009年，在短短三年的時間里，你們取得了怎樣的成績，市場合作情況如何？

谷總:經過這兩年零一個月多的時間,公司內部架構及管理制度比較完善了，研發活動及公司運作標準操作規范即SOP也快完成，這是為ISO做準備的；關于技術方面，我們技術的覆蓋范圍，從0.18um到28nm, 包括相關的IP。IP方面去年做了一批，今年又做出來了一批。從去年到今年公司的知名度有所提升, 客戶接待我們的態度有明顯轉變, 市場對我們的認知度也有很大提高, 我們輸掉部分客戶的原因不是技術而是我們的品牌效應還不夠吧。

記者:貴公司在技術創新方面有何表現？

谷總:在我看來技術創新要有套路。我們已有能處理上千萬門的扁平設計流程、數千萬門的層次化設計流程和高級低功耗設計流程，技術覆蓋了180nm到28nm。28nm在業界是比較先進的, 有很多東西要做歸納和聰明的組合。我們所有的庫都要自己重新進行特征參數提取的；我們自己也開發了很多很先進的IP供客戶選用；版圖知識產權已經拿到了十項, 今年初步規劃要申請30項專利, 以后會更多。

記者:作為一家專業的設計服務公司，您認為成功的關鍵是什么？國奇科技的優勢在哪里？未來有何發展策略？

谷總:有人認為成功的關鍵是與foundry綁定，如GUC與TSMC，對設計服務公司有實質的支持，但這不是每家都做得到的。我們認為,擔保一次量產成功才是更重要的。直接量產成功五個要素：面積最小、性能最好、功耗最低、可靠性最好、良率最高, 相輔相成。我們對客戶產品的每項指標的承諾是,只會比原來承諾的更好,絕不會比最初的承諾差。我們堅持對客戶、對市場的忠實承諾,在邁向成功的路上,要每一步都穩健、扎實、戒驕戒躁。

我們的發展策略也非常清晰,堅持現在走的路，把每個芯片、每個客戶項目做成功,做到我們承諾的量產程度,主線就這一條。我相信堅持走這條路線應該會帶來正面的市場效應,應該就會有不少回頭客的項目。

記者:您是如何看待中國的集成電路設計業？您對中國本土IC設計企業的發展有何建議？

集成電路可靠性設計范文第5篇

Abstract： The design of the electronic scales uses moisture-proof， waterproof and anti-shielding measures， the electronic scales has voltage detection function， the low pressure warning light of LCD display will illuminate when the voltage is below the normal operating voltage. Electronic scales are mainly constituted by microcontrollers， sensors and display device， and the weighing sensor used in this design is resistance strain gage.

關鍵詞： 多功能；精準電子秤；設計；實現

Key words： multi-function；precision electronic scales；design；achieve

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）04-0203-02

0 引言

目前，電子秤的發展趨勢是向提高精度和降低成本方向發展，這樣的趨勢勢必引起市場對高性能、低成本模擬信號處理器件需求的增加。下面作者設計一款多功能精準電子秤，旨在實現重量顯示數字化，提高勞動生產率。

1 設計思路

1.1 多功能精準電子秤硬件及電路設計 本多功能精準電子秤的硬件電路主要包括主控板硬件電路和LCD顯示屏控制板電路。其中主控制板硬件電路主要包括系統電源電路、微控制器LPC1766最小系統電路、以太網模塊電路、AD數據采集電路、FLASH存儲器模塊電路、鍵盤模塊、RS-232以及USB接口模塊。

微控制器LPC1766最小系統電路包括：電源電路，時鐘電路和復位電路。

以太網模塊部分主要由網絡芯片W5100電路和電路構成。

AD模數轉換模塊包括：AD芯片CS5460C電路以及電路構成。FLASH存儲器選擇ATMEL公司的AT45DB081D芯片，該芯片的總線接口兼容SPI方式，與微控制器LPC1766的SPI接口相連。

LCD顯示屏控制板電路主要包括LCD顯示屏控制板微控制器AT89C52電路和顯示屏驅動芯片HT1621芯片的電路。

1.2 編輯軟件的設計 電子秤控制器的軟件主要功能為：系統初始化、顯示模塊軟件初始化、AD數據采集初始化、AD數據采集接收和發送數據、鍵盤處理任務、數據顯示等功能。本設計采用C語言作為主要的開發語言。

2 多功能精準電子秤的實現

2.1 硬件初始化 硬件初始化工作主要完成微控制器的工作模式設定和硬件資源分配，包括：

系統時鐘初始化工作是通過調用NXP公司給LPC17XX系列芯片開發的時鐘配置庫函數進行的。初始化工作實現的功能有：為系統的每一個組件設置時間，設置主要時鐘包括選擇外部高速晶體（12MHz）作為振蕩器的時鐘源，使能PLL功能使得芯片的主頻275MHZ-550MHZ，設置USB時鐘以及設置FLASH加速模塊等。本設計中函數為void target nit （void）。

中斷配置初始化工作通過調用的函數來實現。中斷配置初始化實現的功能有：嵌套向量中斷控制器的向量表基地址設置，通過向量表基地址的中斷信道號來確定中斷類型，禁止以及允許中斷服務程序，系統清除中斷服務程序。本設計中函數為類型， NT32S zyIsrSet （unsigned int uiChannel， unsigned long Ulf unction，unsigned int uiPrio）。

引腳初始化工作主要是配置微控制器LPC1766的管腳，由于芯片的引腳有復用功能，需要指定引腳使用哪個功能，本設計中函數為void pinlnit（void）；還需要配置引腳是用于輸入還是輸出，本設計中函數為void pconplnit（void）。

外部FLASH初始化主要完成的功能是選擇扇區，復制RAM數據到FLASH，扇區數據擦除，校驗數據，從FLASH讀取數據等功能。

SPI接口初始化主要完成的功能是SPI接口1的工作模式設定、時序設定、時鐘速率設定、字節發送和接收格式設定。

CS5460C初始化主要完成的功能是AD參數初始化，包括零點高低寄存器設置、零跟速度、零跟范圍、置零范圍、穩定范圍等，配置CS5460C的各種寄存器包括/電流偏移寄存器、時基校準寄存器、狀態寄存器等。本設計中的函數為void AD-INIT（void）。

2.2 數據采集任務

2.2.1 CS5460C初始化 對CS5460C的程序設計首先應從外部晶振開始。本文采用4.096MHz的外部晶振為芯片提供主時鐘，其啟動時有20ms的延遲，CS5460C沒有上電自動復位功能，需要人工通過發送3個OxFF命令字節和1個OxFE命令字節，使串口與字節界重新同步。接著設置配置寄存器的RS位使系統復位以初始化內部邏輯。完成以上工作后，即可進行轉換。

2.2.2 開啟CS5460C CS5460C完成初始化以后即可進行數據樣，CS5460C采樣流程如下：A/D采樣模塊初始化5460芯片讀5460對采樣值濾波零點范圍判斷讀5460對采樣值濾波求凈載值乘校秤系數（內碼）將內碼值運算為重量值超載判斷返回到讀5460。

2.3 鍵盤處理任務 在鍵盤處理任務中，主要采用DM74LS154芯片進行單片機與鍵盤的讀寫操作。DM74LS154芯片是4線-16線的譯碼器，當選通端（Gl、G2）均為低電平時，可將地址端（ABCD）的二進制編碼在一個對應的輸出端，以低電平譯出。如果將G1和G2中的一個作為數據輸入端，由ABCD對輸出尋址。鍵盤處理模塊主要的任務的總流程如下：開始讀鍵盤值判斷鍵盤值結束。

2.4 顯示模塊任務 在本設計中，顯示模塊是采用微控制器STC89C52來控制兩個HT1621芯片進行通信，通過串口來與主控制芯片LPC1766進行通訊。顯示任務總流程如下：開始復位初始化單片機init8052（）初始化HTl 621 init_htl621（）初始化串口 UART_Init（）調用顯示子程序diszh（）退出。

2.5 系統抗干擾性和可靠性設計

2.5.1 硬件電路抗干擾性和可靠性設計思路

在本設計中就是AD采樣芯片CS5460C。在本設計中將AD模塊采用屏蔽防護罩來防止外部信號對其干擾。另外，電路系統中的元器件、電源線、信號線等都高密度的集合在電路板中。電路板的好壞也直接影響著系統的可靠性和穩定性。而電路板好壞取決于元器件的選擇和布局：

元器件要分布要疏密一致，擺放要合理；應加大它們的距離，以免因放電、擊穿而引起意外短路。在電源線路設計中要盡量的將電源和地線加粗；其次，應在集成電路芯片的電源引腳和地線引腳之間加去耦電容；在PCB板設計完成之后要鋪銅，并設為地線網絡，以降低干擾。

2.5.2 系統軟件設計采取的措施

①指令冗余化。對于重要指令應多次反復執行，這樣可以糾正干擾引發的錯誤；對于頻率較低的采集數據，需要進行多次采集然后再進行濾波處理；對于對外輸出的指令，需要進行多次重復執行以確保信號的可靠性。

②軟件看門狗技術。軟件看門狗不斷監視程序循環運行時間，若發現超過已知的循環設定時間，就強迫程序返回到入口處，使系統運行重新納入正軌。這種干擾措施將使系統運行的可靠性大大提{。

3 裝機調試

用數據線將主控板、鍵盤、顯示屏和傳感器進行連接。接通開關電源，按下開關后，顯示屏顯示0-9自檢，然后進入稱重狀態。當改變傳感器上物品重量時，顯示也隨之改變，這說明硬件和程序都可以正常運行；當按下鍵盤的功能鍵時，都可以進入各個相應的功能，說明鍵盤連接無誤，可以正常運行；當用串口助手，通過串口進行數據收發時，都可以正常顯示，說明串口可以正常工作；當用網線與計算機連接時，可以正常PING通在同一個局域網其他計算機的IP，說明網絡也可以正常工作。

參考文獻：

[1]電子稱重技術現狀及發展趨勢[J].儀表技術與傳感器，

2007，7：76-78.