數(shù)字電子元件日益普及，應(yīng)用深入到生活的方方面面，從移動(dòng)電話和平板電腦、健康監(jiān)測儀和家庭數(shù)字助理，到互聯(lián)網(wǎng)和電信基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、運(yùn)輸管理和線傳飛控系統(tǒng)，均有涉及。隨著我們在日常生活中越來越依賴這些產(chǎn)品，我們也越來越多地注意到產(chǎn)品中使用的電子元器件的可靠性帶來的問題。

定義可靠性和MTBF

面對這一趨勢，設(shè)計(jì)工程師們在元器件選擇過程中越來越注重可靠性，紛紛利用元器件供應(yīng)商提供的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）等重要數(shù)據(jù)點(diǎn)制定設(shè)計(jì)決策，也就不足為奇了。盡管MTBF可以作為評估可靠性的一個(gè)實(shí)用指標(biāo)，尤其是在比較多家供應(yīng)商的元器件時(shí)，但很多人會落入一個(gè)圈套，誤將MTBF數(shù)據(jù)直接等同于元器件的預(yù)期壽命。鑒于在電子設(shè)計(jì)中圍繞這一問題存在許多錯(cuò)誤觀念，因此務(wù)必要反復(fù)審視電子元件可靠性與使用壽命的聯(lián)系。

可靠性的定義是單獨(dú)一套產(chǎn)品在規(guī)定條件下能夠正常運(yùn)行達(dá)到指定時(shí)長的概率。它可以采用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)如下：

R(t)=e-λt

其中，λ表示固有故障率，不包括初期故障（早期故障）和磨損故障（壽命終點(diǎn)）。

因而可靠性是在下圖所示常見故障率曲線的中央平直部分發(fā)生故障的概率。

圖1：故障率曲線顯示了從壽命起點(diǎn)到終點(diǎn)的故障趨勢

λ的倒數(shù)1/λ給出了修復(fù)前平均時(shí)間（MTTF），這一概念更為常見的表述是平均故障間隔時(shí)間（MTBF），在電力行業(yè)尤其常用。人們會傾向于認(rèn)為計(jì)算MTBF就能得出產(chǎn)品的一般預(yù)期壽命，但這只是一種常見的錯(cuò)誤觀念。

如何解讀MTBF和可靠性

設(shè)想一個(gè)元器件的固有故障率(λ)為10-6次故障/小時(shí)。盡管MTBF為100萬小時(shí)，但R(t)=e-λt曲線（如下圖所示）告訴我們，統(tǒng)計(jì)表明只有36.7%的裝置有可能運(yùn)行這么久。60.6%的裝置預(yù)計(jì)能夠運(yùn)行500,000小時(shí)，而我們可以進(jìn)一步預(yù)計(jì)有90.5%的裝置壽命能夠持續(xù)100,000小時(shí)。

圖2：元器件能夠在計(jì)算得出的整個(gè)MTBF期間持續(xù)運(yùn)行的概率僅為36.7%

得出各元器件的這個(gè)信息之后，我們必須將構(gòu)成系統(tǒng)的所有元器件各自的故障率相加，從而了解整個(gè)產(chǎn)品能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間(λA=λ1n1+λ2n2+…+λini)。顯然，系統(tǒng)的可靠性可能不如其中最不可靠的元器件。對于設(shè)計(jì)者而言，著重優(yōu)化較薄弱的元器件會帶來收益。

從中得出的重要信息是，MTBF雖然是分析和比較產(chǎn)品和元器件的可靠依據(jù)，但不應(yīng)被當(dāng)作預(yù)期壽命的直接表述。

對于數(shù)字產(chǎn)品可靠性的要求如今已經(jīng)交織在生活和工作之中，并且該要求將不斷提高。我們這個(gè)行業(yè)能夠清晰地溝通我們產(chǎn)品相關(guān)的可靠性、MTBF和實(shí)際壽命預(yù)期，幫助設(shè)計(jì)者獲得更好的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。