在一般的使用条件下, 硬件电路设计中的可靠性问题并不突出,往往不引人注意。但在某些特殊的条件下,如高温、重负荷等复杂恶劣电磁兼容条件下,设备往往出现一些意想不到的问题, 硬件电路设计中的可靠性问题突出起来，这其中的大部分情况又跟设备的供电处理情况密切相关。下面介绍几例在实际项目中遇到的真实的案例并加以分析处理。
1.高温下设备工作不正常甚至程序被破坏。
某型设备，冬天工作完全正常，可到了夏天，有一定比例的设备工作不正常甚至程序被破坏。这直观明显地跟工作温度有关，可具体是哪个部分在高温下不能正常工作呢？经过反复的高温条件下测试，终于发现，当设备内部的温度大于70℃时，FLASH存储芯片的R/B管脚输出了错误的信号导致的。
FLASH存储芯片用R/B管脚的输出高低电平来标示页操作、擦除和随机读等操作的完成，平时R/B管脚为高电平状态，但当FLASH存储进行编程、随机读或擦除操作时变为低电平状态，操作完成后又变为高电平状态。R/B引脚为漏极开路驱动，因此需要接上拉电阻才能把R/B拉回高电平状态。
FLASH存储芯片R/B引脚端电路图如下图1所示：
图1 FLASH存储芯片R/B引脚端电路图
图1中RP为上拉电阻，电容CL的值为常量：对于供电电压为3.3V， CL取值50pF，50pF的容值很小，由于芯片的引脚及印制板上存在分布电容，分布电容值与此相当，故芯片资料上介绍这个电容可以不接，事实上很多参考电路确实都没有外接这个电容CL。但这只能在常温工作条件下可以不接电容CL，当工作温度升到70℃时，由于此管脚上分布电容的改变，必须接上这个50pF的电容才能正常工作！
R/B引脚的状态图如下图2所示：图中tf为高电平到低电平的下降时间，tr为低电平到高电平的上升时间。
图2 R/B引脚的状态图
由图2中可看出，对于3.3V工作的芯片，R/B引脚的高电平判决门限为：Voh=2.4V，低电平判决门限为：Vol=0.4V。
上拉电阻的工作示意如下图3所示：
图3 上拉电阻的工作示意图
上拉电阻RP阻值选择的要求是要满足引脚电平的判决门限，即能把R/B引脚的低电平拉到0.4V以下，也能把高电平拉到2.4V以上，以满足判决要求。RP不宜过小，同时RP不宜过大。RP不宜过小，一般不低于1KΩ。一般IO 端口的驱动能力在2mA～4mA量级。如果RP阻值过小，VCC灌入端口的电流将较大，这样会导致MOS管不完全导通，由饱和状态变成放大状态，这样端口输出的低电平值增大,有可能大于0.4V,故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻。同时RP不宜过大，一般不高于10KΩ。
由于端口输出高电平是通过RP实现的，线上电平从低到高变化时，电源通过RP对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间。端口信号的上升时间可近似用充电时间常数RP*CL乘积表示。Rp阻值的大小会影响到电平的上升沿时间tr，因为上拉电阻Rp与电容CL构成RC电路，存在RC延迟。电平上升沿时间tr与Rp阻值的关系如下图4所示：
图 5 芯片工作时序
在上图5中，若R/B引脚的上升沿时间tr大于tRR（Ready to RE Low），则会影响信号速率，导致器件不能正常工作。此例中，就是未接电容CL，导致当工作温度升到70℃时，R/B管脚输出了错误的信号，影响到了信号的时序判决。
2.拨动电源选择开关导致设备重启
某型设备，可以使用两种电源供电，一种是使用外部5V移动电源，另一种是外接-48V电源，通过设备内部的直流电源模块转成5V再给设备供电，这两种供电方式通过一个电源选择开关进行切换，见下图6所示。在使用中，发现在拨动电源选择开关时，偶尔会出现设备重启的现象。经过分析处理，在电源选择开关触点上并接电容解决了这一偶发故障，见下图7所示。那么电源开关上并联一个电容起什么作用呢？
图6 设备面板上的电源选择开关
图7 电源选择开关原理图
大家知道电容的特性是其两端电压不能突变。开关上接的电容用来就是用来消除开关瞬间的火花，防止对其他电器的干扰。电源开关在在接通和断开时会产生火花.由其是感性负载会产生自感电动势的情况，电容器的作用是为自感电动势提供通路，它不仅消除了电火花的，而且延长了开关的使用寿命。
一般并联的电容容量是0.1uF~0.22uF，电容耐压值根据电源支路电压值而定。
3.负载加重时出现死机
某型设备通过485总线组成系统，在这个485总线系统中，外部的节点都由主机供电，当在轻负载时（即外部485节点数较少），使用一切正常，可当加重负载到一定程度时（即外部485节点数较多），往往出现主机死机故障。经过分析处理，发现主机出现死机故障时，其内部的工作电压都低于设备上芯片能正常工作的最小电压。这个设备使用交流电源模块，将外接的交流220V电压转换为直流48V后再供给内部各单元使用，后来加大这个交流电源模块的外接滤波电容值到一定程度后，即使设备在重负载使用时，也不再出现死机故障了，见图8所示。
图8 交流电源模块
原来在在系统电源中，电容相当于水桶，它存储了一部分的电能，当电流要求高的时候，它会释放电能，以补充电流的不足。所以如果这个电容的值比较小时，相当于后备能源也小，也就是说当某一时间的电流突然加大时，系统的电压会被拉的很低，当这个电压低于设备上芯片正常工作的最小电压时，设备断电，断电后由于系统的电流要求又小了，电压抬升，设备重新工作……如此反复，设备不断的复位。因此电源模块必须加足够大的滤波电容，否则输出电压、电流会不稳定，输出功率会下降很多，引起电源无法正常工作。同时模块电源的输出滤波电容器的容值也不能太大，输出电容太大，又很可能会造成设备不能正常启动。
在实际使用中，滤波电容器的大小要根据负载电流的大小来选择。负载电流越大，电源滤波电容应该用得越大。一般可根据下表1的原则选择：
表1 电源滤波电容值的选择
另外，当电源电压大于30V时，滤波电容值可适当减小。
4.网口工作不正常
有一网口，使用DM9161作为以太网的物理接口收发器PHY。使用中，出现一定比例的不良情况，具体来说，就是对于正常的情况，当网线插入网口后，即在调试界面出现“link up”，表示网口正常工作。对于不良的情况，则当网线插入网口后，即在调试界面先出现“link up”，紧接着出现“link down”，表示连接失败，网口不通，如此循环反复见下图9所示。
图9 网口工作不正常的显示
在电路设计中，原先RJ45网络变压器的中心抽头接VCCA，而VCCA又是接DM9161芯片的1、2、9脚的，1、2、9脚是DM9161网口内部收发器的电源脚。在排除了其它原因后，最后发现把这3个电源脚接入外部的1.8V电源后，就可以解决上述问题。这个情况应该是DM9161芯片的1、2、9脚的供电不足引起的，见下图10所示。
图10 DM9161外部电路原理图（局部）
如今，在大规模集成芯片的广泛应用下，硬件设计有推荐的电路可参考，似乎不容易出错了。如今硬件设计中的问题往往集中出现在硬件电路设计中有关可靠性的问题上，这往往与其中的电源设计和电磁兼容设计等方面有着密切的关系，因此，要特别重视这些方面的处理，以提高在恶劣条件下的设备使用的可靠性。
