【廣義車規級電子元器件可靠性設計與開發實踐】+【汽車電子硬體設計】

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系統介紹汽車電子零部件的可靠性設計與開發

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商品描述

【廣義車規級電子元器件可靠性設計與開發實踐】

內容簡介

本書以車規級晶片及汽車電子零部件的可靠性為背景，提出了廣義車規級的概念。本書具體介紹了汽車電子可靠性理論、電子元器件的車規級認證、車規級與功能安全標準的關係及區別、電子模塊的車規級標準及測試方法、電子模塊車載應用的特殊要求，以及汽車電子模塊如何通過嚴謹的設計、嚴苛的測試、高要求的項目維護來滿足整車15年全生命週期內的高可靠性要求。在此基礎上，本書進一步詳細介紹了汽車電子委員會（Automotive Electronics Council，AEC）標準如何對車規級電子元器件進行全生命週期可靠性管理，同時給出了一種對電子零部件進行全生命週期可靠性管理的工程實踐方法，包括產品的設計開發、測試、生產及全生命週期的項目維護。本書還介紹了一些設計分析方法、測試流程、變更評估流程以及相關案例，以幫助讀者進行工程實踐。本書還展望了中國汽車電子行業的發展趨勢，以及國產車規級晶片及電子零部件所面臨的問題及挑戰。

本書將作者多年積累的工作成果以圖表和案例的管道穿插在不同章節中，方便讀者參照使用，並將收集到的最新標準、法規、論文、應用檔案和設計參攷的要點融合在其中，方便讀者理解和查閱。

本書適合從事車規級晶片及汽車電子可靠性相關工作的讀者，無論是乘用車行業還是商用車行業，無論是晶片行業從業人員還是汽車電子產品的開發、測試、生產運營等相關人員，都能從本書中獲取新知。本書還可以作為汽車電子產業鏈相關人員的參攷用書，以及準備踏入汽車行業的新手們的入門級參考書，同時也可以作為行業相關科技人員的手頭工具書來使用。

適合從事車規級晶片及汽車電子可靠性相關工作的讀者，無論是晶片的設計人員，還是汽車電子產品的開發及測試人員，都能從本書中獲取新知。本書還可以作為汽車電子產業鏈相關人員的參攷用書，從晶片、零部件到整車廠，無論是專業科技人員，還是投資、運營、管理、質量及服務人員，都能通過本書瞭解到車規級晶片及車規級電子零部件是如何保障車輛的運行安全，以及整車長達15年的高可靠性。

作者簡介

左成鋼，浙江孚喬圖科技有限公司創始人兼CEO，硬體工程師出身，熱愛電子技術，在九章智駕公號發表13萬餘字原創科技長文，其中《5萬字長文說清楚到底什麼是“車規級”》一文閱讀量3萬。 2007年進入比亞迪，後進入李爾亞太技術中心工作多年，近20年汽車電子一線工作經驗。從OEM到外資Tier 1，從科技方案報價到產品研發，從測試到生產，從質量到體系，從一線工程師到公司CEO，具有豐富的行業經驗及開闊的行業視野。 2018年後轉入商用車行業並成立汽車電子零部件公司，專注汽車電子領域，致力於用科技賦能商用車，為中國商用車的新能源化、數位化、智能化提供助力。

前言

第1章汽車電子及其可靠性概述1

1.1汽車工業及汽車電子1

1.1.1汽車行業的特點.. 2

1.1.2汽車電子電氣系統.. 6

1.1.3電氣化的趨勢.. 7

1.1.4汽車電子技術的發展.. 8

1.2汽車電子產業鏈9

1.2.1汽車電子零部件.. 10

1.2.2汽車電子元器件.. 15

1.3車規級晶片及元器件21

1.3.1車規級的定義.. 22

1.3.2車規級的特點.. 25

1.4汽車電子可靠性概論26

1.4.1可靠性理論.. 26

1.4.2汽車的可靠性.. 29

1.4.3汽車電子的可靠性.. 32

1.4.4系統可靠性理念.. 34

1.4.5廣義車規級.. 37

1.5小結43

第2章電子模塊的車載應用45

2.1什麼是ECU 46

2.2如何設計一個ECU 47

2.2.1設計要求.. 48

2.2.2設計流程.. 48

2.3電子模塊的車載應用及生產要求53

2.3.1嚴苛的車輛內外部環境.. 54

2.3.2極其複雜的電力及電磁環境.. 55

2.3.3高可靠性及安全性要求.. 56

2.3.4長壽命要求.. 59

2.3.5低成本要求.. 61

2.3.6生產製造可行性要求.. 61

2.3.7批量一致性要求.. 62

2.4電子模塊車載應用條件63

2.4.1滿足車載應用的條件.. 63

2.4.2相關的標準體系及流程.. 63

2.4.3設計的重要性.. 64

2.5小結66

第3章汽車電子模塊的外部環境68

3.1電子模塊的高低溫環境69

3.2防護相關的環境71

3.2.1濕度及鹽霧環境.. 71

3.2.2防護等級.. 72

3.2.3對電子模塊設計的要求.. 74

3.3振動及機械衝擊75

3.4小結77

第4章汽車電子模塊的電力及電磁環境78

4.1車輛的供電管道79

4.1.1單線制供電.. 80

4.1.2負極搭鐵設計.. 81

4.1.3負極搭鐵帶來的問題：地漂移.. 83

4.2蓄電池、發電機及DC/DC 85

4.2.1蓄電池… 86

4.2.2發電機及調壓器.. 90

4.2.3 DC/DC變換器.. 93

4.3欠電壓、過電壓及反向電壓94

4.3.1低蓄電池電壓.. 95

4.3.2高蓄電池電壓.. 97

4.3.3反向電壓.. 100

4.3.4電力系統電壓狀態總結.. 101

4.4車輛負載及其應用102

4.4.1負載類型.. 102

4.4.2線束.. 111

4.4.3長導線負載對地短路.. 113

4.4.4負載供電及控制管道.. 114

4.4.5負載電壓瞬降.. 116

4.5車輛的電力系統117

4.5.1電源分配及電路保護.. 118

4.5.2低功耗考慮.. 119

4.5.3可靠性及安全性考慮.. 122

4.6電磁環境126

4.6.1干擾與抗干擾.. 126

4.6.2輻射與傳導.. 127

4.7靜電放電133

4.8小結135

第5章汽車電子模塊的車規級試驗136

5.1試驗標準136

5.1.1強制性國家標準.. 136

5.1.2標準之間的關係.. 137

5.1.3 OEM相關標準.. 138

5.2電子零部件相關標準139

5.2.1環境相關試驗標準.. 140

5.2.2 EMC相關標準.. 141

5.3試驗條件及樣品146

5.3.1試驗條件及功能狀態分級.. 146

5.3.2樣品數量及測試流程圖.. 147

5.3.3前期檢查.. 150

5.4電力相關試驗項目151

5.5氣候及機械相關試驗項目158

5.5.1溫濕度類試驗.. 158

5.5.2防護類試驗.. 162

5.5.3機械類試驗.. 162

5.6 EMC相關試驗項目163

5.7壽命試驗168

5.8 DV/PV試驗168

5.9 EOL測試169

5.10小結170

第6章AEC標準172

6.1 AEC組織及標準簡介172

6.1.1 AEC的歷史.. 172

6.1.2 AEC的會員.. 173

6.1.3 AEC年度研討會.. 174

6.1.4 AEC委員會與IATF 16949標準.. 175

6.1.5 AEC會員及入會.. 176

6.1.6 OEM與會員費.. 178

6.1.7 AEC標準及相關檔.. 179

6.1.8 AEC認證與證書.. 180

6.2 AEC-Q100標準：晶片180

6.2.1標準的範圍.. 181

6.2.2晶片的溫度範圍.. 182

6.2.3認證家族與通用數據.. 182

6.2.4測試樣品.. 183

6.2.5測試流程圖.. 183

6.2.6測試項目.. 186

6.2.7器件變更的重新認證.. 186

6.3 AEC-Q101標準：分立電晶體187

6.4 AEC-Q200標準：被動器件188

6.5 AEC-Q102標準：光電電晶體191

6.6 AEC-Q103標準：MEMS感測器192

6.7 AEC-Q104標準：多晶片模塊193

6.8小結196

第7章車規級電子元器件197

7.1車規級電子元器件概述197

7.2電子元器件的可靠性203

7.2.1浴盆曲線.. 204

7.2.2早期失效問題.. 206

7.2.3正常生命期失效問題.. 208

7.2.4老化失效問題.. 211

7.3 AEC-Q004汽車零缺陷框架211

7.4長期供貨問題219

7.4.1器件的生命週期.. 220

7.4.2器件的變更.. 223

7.4.3器件的停產.. 225

7.5車規級認證與功能安全認證226

7.5.1 ISO 26262的基本概念.. 227

7.5.2功能安全流程認證與產品認證… 229

7.5.3功能安全認證週期及費用.. 232

7.5.4電子元器件的功能安全.. 233

7.5.5車規級認證與功能安全認證… 235

7.5.6功能安全認證產品的範圍.. 237

7.6車規級認證相關問題239

7.7車規級認證測試與電子零部件測試249

7.7.1汽車電子模塊的測試標準.. 249

7.7.2電力及氣候負荷相關試驗.. 250

7.7.3機械及結構資料…………….

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【汽車電子硬體設計】

內容簡介

本書從最基本的汽車電子硬體設計方法出發，列舉了大量的設計要點和實例數據，對實際工作中瑣碎細緻的內容進行針對性的追溯和歸納。本書內容豐富，除了介紹硬體設計內容，還講述了制造技術、零件驗證、汽車電子企業的內部流程和汽車電子行業的發展方向等。本書從基於可靠性的硬體設計方法入手，涉及可靠性預測、降額方法、故障模式分析、最壞情况分析、故障樹分析、潜在路徑分析和熱分析的硬體評估與設計方法；對於硬體設計最為基礎的元器件的實際特性進行細緻的闡述，整理了電阻、電容、二極體、電晶體和場效應電晶體等的應用方法；對於汽車電子中的典型電源電路、輸入/輸出處理電路和主控單元這幾個部分，嘗試進行正向設計和電路驗證。最後總結原理圖和印製電路板的設計要點，並結合印製電路板的可製造性給出了一些實踐指南。

本書適用於汽車電子方向的研發工程師、學生和相關的硬體工程師，也可供對汽車電子感興趣的愛好者們閱讀參攷。

作者簡介

朱玉龍，資深汽車科技專家，在從事新能源汽車工作十餘年。長期跟踪汽車動力電池系統、智能化領域的新技術發展和變革，對現時主流車企的電子電氣架構、汽車控制器和網域控制站和自動駕駛科技有非常深入的認知，熟悉座艙和自動駕駛主要的晶片、算法方向和反覆運算模式。創辦的“汽車電子設計”是汽車行業知名的科技類原創公眾號，是主要面向汽車電子、新能源和自動駕駛方向的專業自媒體，內容聚焦於汽車企業和產業鏈的新技術、行業動態的趨勢。

高宜國，一位在汽車行業從業十多年的資深從業人員，涉足的領域包括汽車電子器件、汽車電子電路設計、汽車電子測試和汽車電子可靠性設計。作者有個人公眾號汽車電子工程知識體系（AEEBOK），在公眾號上將自己的經驗和見解整理成文章，內容涵蓋了電子器件的選擇和應用、電路設計的方法和技巧、測試和可靠性設計的要點等。希望通過自己的公眾號能够為廣大汽車電子工程師和學習者提供有價值的資訊和指導。

前言

第1章汽車電子產業和汽車電子工程師成長.. 1

1.1汽車行業的發展和汽車電子的機遇.. 1

1.2汽車電子系統介紹.. 4

1.3汽車電子企業和汽車電子產業鏈.. 8

1.3.1汽車電子企業的變化.. 9

1.3.2我國的汽車電子產業.. 11

1.4汽車電子工程師的成長與發展.. 13

1.4.1汽車電子硬體工程師的成長.. 13

1.4.2認識汽車產品品質的重要性.. 16

1.4.3硬體工作內容和重心的轉變.. 16

1.4.4在組織中學習和規範化改進.. 17

1.4.5汽車電子領域工程師的工作機會和發展機遇.. 18

1.4.6給畢業生和在校學生的幾條建議.. 19

第2章汽車電子應用環境.. 23

2.1氣候與化學環境.. 25

2.1.1溫度實驗.. 28

2.1.2濕熱實驗.. 30

2.1.3外殼防護等級.. 31

2.1.4化學環境和鹽霧.. 32

2.2機械負荷.. 33

2.2.1振動負荷.. 34

2.2.2機械衝擊和自由跌落.. 35

2.3電力負荷.. 36

2.3.1過電壓與反向電壓.. 38

2.3.2開路實驗與短路實驗.. 38

2.3.3地偏移.. 41

2.3.4供電不理想.. 42

2.4電磁相容環境.. 45

2.4.1電池帶來的傳導干擾.. 46

2.4.2靜電.. 52

第3章元器件基礎.. 54

3.1汽車元器件的規範要求.. 57

3.1.1什麼是. ROHS..58

3.1.2器件氧化和濕敏元件.. 59

3.2電阻基礎.. 61

3.2.1電阻的選值探究.. 62

3.2.2不同工藝造成的影響.. 66

3.2.3獲取電阻的最壞精度.. 67

3.2.4貼片電阻的散熱.. 70

3.2.5電阻防浪湧的能力.. 71

3.2.6大封裝產生的問題.. 73

3.3電容基礎.. 74

3.3.1數位雜訊來源.. 76

3.3.2去耦電容和旁路電容.. 78

3.3.3陶瓷電容詳解.. 80

3.3.4電解電容應用.. 82

3.3.5鉭電容應用.. 84

3.3.6電容偏差.. 85

3.4二極體基礎.. 86

3.4.1二極體的正向特性和參數.. 87

3.4.2穩壓二極體的特性計算.. 87

3.4.3二極體功耗細緻計算.. 91

3.5電晶體基礎.. 92

3.5.1最容易出問題的地方.. 93

3.5.2電晶體使用中應採取的措施.. 94

3.6功率. MOSFET.基礎.. 95

3.6.1MOSFET.參數介紹.95

3.6.2MOSFET.的開啟和關斷特性.98

3.6.3直接耦合驅動電路設計.. 101

第4章汽車電子開發流程.. 106

4.1汽車和零部件的品質管制體系.. 107

4.1.1IATF.16949.內容介紹.. 108

4.1.2七項基本原則.. 110

4.2汽車電子產品的開發流程.. 111

4.2.1電子模塊開發流程.. 112

4.2.2V.型開發過程詳解.. 114

4.2.3開發內容劃分.. 115

4.2.4團隊構建.. 117

4.2.5內部檢查會議注意事項.. 118

4.2.6檔案命名和檔案管理系統.. 119

4.2.7過流程化與去流程化.. 121

第5章硬體設計可靠性預測及分析.. 123

5.1可靠性預測.. 125

5.1.1基本元器件失效率計算.. 127

5.1.2元器件失效分佈.. 130

5.1.3分佈修正方法.. 132

5.1.4降額設計.. 133

5.2最壞情况分析.. 135

5.2.1從電路原理到實際應用.. 139

5.2.2極值分析法.. 140

5.2.3方均根分析法.. 142

5.2.4蒙特卡羅分析法.. 143

5.2.5PSPICE.模擬.. 144

5.3DFMEA.失效模式與影響分析.. 146

5.3.1實施. FMEA.的目的.. 146

5.3.2實施. FMEA.的時機.. 146

5.3.3如何做好. FMEA..147

5.3.4FMEA.分析經典流程.. 151

5.3.5FMEA.內容簡介.. 152

5.4故障樹分析.. 157

5.4.1由. “樹”.型連結起來的故障.. 159

5.4.2實現操作方法.. 160

5.5潜在路徑分析.. 161

5.5.1“熔絲”.問題.. 163

5.5.2潜在電路分析.. 164

5.6模塊熱分析.. 165

5.6.1穩態的散熱計算方法.. 167

5.6.2熱特性參數計算方法.. 170

5.6.3板上印製線的發熱情况.. 171

5.7模塊失效問題報告.. 173

5.7.18D.問題求解法的含義.174

5.7.28D.問題求解法的應用範圍.174

5.7.38D.問題求解法的優勢與缺點.174

5.7.48D.問題求解法的要點.175

5.7.58D.問題求解法操作流程.176

5.7.68D.問題求解法的具體實施.176

第6章低壓電源設計.. 178

6.1電源反接保護概述.. 181

6.1.1電源電路的劃分.. 182

6.1.2二極體電路的設計.. 184

6.1.3PMOS.管電路的設計.. 184

6.1.4NMOS.管電路的設計.. 187

6.1.5繼電器電路的設計.. 188

6.1.6開關控制電路的設計.. 189

6.2電源的靜電和浪湧保護.. 190

6.2.1靜電電容的選擇.. 191

6.2.2TVS.管的特性和選擇.. 192

6.2.3壓敏電阻的特性和選擇.. 195

6.3電壓監測.. 195

6.3.1電源管理的設計.. 198

6.3.2遲滯門限和軟件的狀態圖.. 201

6.3.3設計硬體過電壓和欠電壓電路.. 204

6.3.4電容容量. “小電池”.的設計.. 206

6.4轉換的覈心———低壓穩壓器.. 208

6.4.1穩壓原理分析.. 210

6.4.2穩壓器的熱分析.. 213

6.4.3問題示例.. 215

6.5靜態電流的管理.. 217

6.5.1模塊的靜態電流.. 218

6.5.2靜態電流分析策略.. 219

第7章汽車電子輸入電路.. 221

7.1輸入/輸出的規範化整理.. 222

7.1.1插接器的選型和考慮.. 223

7.1.2I/. O.功能框圖和結構框圖.. 226

7.2開關輸入設計的基礎要求.. 227

7.2.1汽車上的開關和線束.. 229

7.2.2輸入開關狀態分析.. 231

7.3低電平和高電平有效電路介面.. 231

7.3.1設計約束的建立.. 232

7.3.2電路的正向設計.. 236

7.3.3從外部到內部的驗證方法.. 238

7.3.4從內部到外部的驗證方法.. 240

7.3.5各種不同情况下的應用.. 241

7.4類比輸入介面.. 242

7.4.1組合開關的電路設計.. 243

7.4.2電流轉換電路.. 245

第8章汽車電子輸出電路.. 250

8.1輸出介面的短路保護.. 251

8.2智慧功率器件.. 252

8.2.1功率開關的功耗分析.. 254

8.2.2必須要考慮的感性負載保護和典型設計失誤.. 258

8.2.3智慧功率開關的反接保護.. 260

8.2.4故障診斷電路與波形.. 262

8.2.5類比診斷的計算實例.. 265

第9章繼電器驅動電路.. 268

9.1電磁繼電器參數分析.. 269

9.2電壓分析.. 271

9.3驅動電路設計與線圈浪湧電壓的抑制.. 274

9.4電磁繼電器的觸點保護.. 276

第10章汽車電子主控單元設計.. 280

10.1單片機的輸入/輸出口.. 283

10.1.1數位介面輸出口驅動能力.. 284

10.1.2單片機功耗分析.. 285

10.1.3模/數轉換過程的誤差.. 286

10.1.4單片機內寘. A/.D.通道的使用注意事項.. 289

10.1.5處理單片機未使用的引脚.. 291

10.2單片機的時鐘與復位.. 292

10.2.1單片機的復位詳解.. 293

10.2.2單片機的時鐘.. 297

10.2.3高速. CAN.匯流排的時鐘精度要求分析.. 299

第11章電子製圖設計.. 302

11.1原理圖設計.. 302

11.1.1原理圖繪製的一些要點.. 303

11.1.2BOM.錶的整理和規範.. 306

11.2模塊中地線的策略.. 307

11.2.1地線策略設計目標.. 308

11.2.2地之間的連接處理.. 310

11.3印製電路板的設計.. 313

11.3.1電路板的佈局規則.. 314

11.3.2電路板的走線規則.. 317

11.4印製電路板的. DFM.科技.. 320

11.4.1可製造性設計.. 322

11.4.2可測試性設計.. 324

11.5印製電路板的加工過程和工藝.. 325

參考文獻.328

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【廣義車規級電子元器件可靠性設計與開發實踐】+【汽車電子硬體設計】

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