可靠性设计的基本方法

系统的可靠性设计

　　1．简化设计

　　系统在设计过程中将在满足性能指标的条件下，线路尽可能简单，系统设计充分借鉴2G直放站设计经验，采用可靠性高的、模块化的标准射频模块，提高系统的集成度，监控盘直接借用2G直放站监控盘，根据3G通信协议重新设计监控程序，电源采用公司成熟的模块化电源解决方案，以提高产品的可靠性。

　　2．模块和元器件选择和控制

　　优先选用公司元器件大纲中的器件，优先选用经过认证的合格供应商提供的器件，尽可能减少元器件的品种、规格，严格控制选用非标准规格的元器件；

　　需要外购的部分射频模块一方面严格对供货商进行准入认证，另一方面要对入库的外购模块进行严格的性能检验，以保证外购模块的质量。外购的模块和元器件在装机前将100％进行环境应力筛选试验（ESS），以保证元器件在装机前已消除了早期的性能缺陷。

　　3．热设计考虑

　　直放站结构设计时均对产品进行热分析和预计，对产品内部最高温升进行设计控制，采用大功率散热器，并预留足够的余量，同时对发热量较大的功率放大器模块安装时底部覆涂导热硅脂，保证功放表面温升不大于25℃。

　　总体结构方案设计完成后，针对电子设备热产生机理与传播方式，对电子设备的热场分布进行分析研究，采用合理的热设计方法保证电子设备在允许的温度范围内工作。通过CAE辅助分析软件，进行模型建立、模型求解和结果解释三方面对直放站产品进行热效应分析，优化整机设备关键器件、部件的参数位置；并对电子系统强迫对流和自然对流冷结构设计方案进行优化。在仿真方案达到设计要求后，通过环境温升试验对设备结构设计方案作最终考评，以保证直放站设备的热设计可靠性。

　　4．降额设计

　　降低元器件在电路中所承受的应力（一般主要指温度应力及电应力）可以提高元器件的可靠性，元器件的工作温度范围要求大于整机的工作温度范围，电阻、电容等元器件的耐压值应大于额定工作电压的2倍，电源模块实际功耗不超过额定功率的70％。

　　5．通信可靠性

　　由于整机采用模块化的设计，所以就涉及到各个模块和主监控模块的通信问题，为了保证了该通信的稳定性，我们采用了RS485总线式通信方式，该方式采用高压差的差分数字信号的总线通信，可以大大提高信号的抗干扰能力，同时，我们每个模块内部都统一采用负压保护、过流保护等抗线上干扰设计，从而保证内部模块通信的稳定性。

　　6．FMEA分析

　　FMEA是进行可靠性分析的重要手段，由于直放站整机采用成熟的模块化设计技术，根据2G直放站的设计经验，功放模块的故障或失效对整机的功能影响较大，当功放模块失效或发生参数飘移时，对整机造成的影响是整机无输出或者输出功率失控，严重时导致网络瘫痪，因此将功放模块确定为整机的关键件，在研发和生产过程中必须加以重点控制，功放模块在装机前必须进行严格检测和筛选，同时严格控制功放模块在使用过程中的表面温升不超过25℃。

　　7．耐环境防护设计

　　直放站整机的结构设计将充分考虑振动和冲击的影响，监控盘中 高度过高的元器件采用机械固定或胶固定等专门的紧固措施，箱体内所有的走线分类捆扎牢固，长度过长的铜管线采取专门措施固定，以防在振动环境中出故障，产品在转产前应根据相关标准进行振动和冲击试验。

　　通过选取较宽工作温度范围的模块和元器件，保证产品满足相关标准规定的高低温和湿热试验要求，在产品的例行试验中必须进行高低温和湿热试验。

　　8．静电防护及EMC设计

　　在满足功能要求的前提下，监控盘和射频模块优先选用抗静电放电能力高（即损伤阀值高）的元器件。监控盘所有引出的IO管脚均设有静电防护电路等保护装置。

　　整机电源模块设计有过流保护、电压保护、短路保护电路，在非正常情况下可立即切断电源。

　　对电磁兼容设计的考虑思路为：模块化设计，逐级细化，从供电模块入手，首要保证供电模块的电磁兼容指标，多级滤波，确保从电源模块输出的电压范围的合理性。在各有源模块中，对电源设计部分，采用大功率且耐压值高的电容及电感，对输入的直流电压进行滤波处理，确保在存在浪涌、电源纹波等情况下，系统射频指标的可靠性。

直放站在设计中，需要对电源及内部各模块供电电路进行滤波处理，依据3GPP TS25.113《Base Station （BS） and repeater ElectroMagnetic Compatibility （EMC）》的要求，设备需通过电磁兼容试验，包括传导骚扰、辐射杂散（适用于无线及光远端）、辐射连续骚扰（适用于光近端）、谐波电流、电压波动和闪烁、静电放电抗扰度、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、浪涌（冲击）抗扰度、传导抗扰、电压暂降和短时