印制電路板的可靠性設計

1.電源適配器地線設計

在電源適配器中，接地是抑制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用，可解決大部分干擾問題?電子設備中地線結構大致有系統(tǒng)地?機殼地(屏蔽地)?數字地(邏輯地)和模擬地等?在地線設計中應注意以下幾點

①正確選擇單點接地與多點接地?在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應采用一點接地?當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地?當工作頻率為1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法?

②將數字電路與模擬電路分開?電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連?要盡量加大線性電路的接地面積?

③盡量加粗接地線?若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞?因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三倍位于印制電路板的允許電流?如有可能,接地線的寬度應大于3mm?④將接地線構成閉環(huán)路?設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,將接地線做成閉環(huán)路可以明顯提高抗噪聲能力?其原因在于:印制電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,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,若將接地結構成環(huán)路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力方?

2.電源適配器去耦電容配置

  在直流電源回路中,負載的變化會引起電源噪聲?例如在數字電路中,當電路從一個狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓?配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲,是印制電路板可靠性設計的一種常規(guī)做法,配置原則如下:

  ①電源輸入端跨接一個10~100μF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100gF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好?回1

  ②為每個集成電路芯片配置一個0.01pF的陶瓷電容器,如遇到印制電路板空間小而裝不下時,可每4~10個芯片配置一個1~10pF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內阻抗小于19,而且漏電流很小(0.5pA以下)?

  ③對于噪聲能力弱?關斷時電流變化大的器件和ROM?RAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(Vc)和地線(GND)間直接接入去耦電容?去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線?

  3.電源適配器熱設計

  從有利于散熱的角度出發(fā),印制版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規(guī)則

  ①對于采用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其他器件)按縱長方式排列;對于采用強制空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其他器件)按橫長方式排列

  ②同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管?小規(guī)模集成電路?電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管?大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下

  ③在水平方向上,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響

  ④對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設備的底部),千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個器件最好是在水平面上交錯布局?

  ⑤設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印制電路板?空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動,所以在印制電路板上配置器件時,要避免在某個區(qū)域留有較大的空域?整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題?大量實踐經驗表明,采用合理的器件排列方式,可以有效地降低印制電路的溫升,從而使器件及設備的故障率明顯下降?

  以上所述只是印制電路板可靠性設計的一些通用原則,印制電路板可靠性與具體電路有著密切的關系,在設計中還需根據具體電路進行相應處理,最大程度地保證印制電路板的可靠性?