印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)

1.電源適配器地線設(shè)計(jì)

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(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題?電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地?機(jī)殼地(屏蔽地)?數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等?在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

①正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地?在低頻電路中,信號(hào)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(yīng)采用一點(diǎn)接地?當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí),地線阻抗變得很大,此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地?當(dāng)工作頻率為1~10MHz時(shí),如果采用一點(diǎn)接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法?

②將數(shù)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(yīng)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(xì),接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞?因此應(yīng)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(yīng)大于3mm?④將接地線構(gòu)成閉環(huán)路?設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時(shí),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(shí),因受接地線粗細(xì)的限制,會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路,則會(huì)縮小電位差值,提高電子設(shè)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(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲?例如在數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)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(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,是印制電路板可靠性設(shè)計(jì)的一種常規(guī)做法,配置原則如下:

  ①電源輸入端跨接一個(gè)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(huì)更好?回1

  ②為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01pF的陶瓷電容器,如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí),可每4~10個(gè)芯片配置一個(gè)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(nèi)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(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM?RAM等存儲(chǔ)型器件,應(yīng)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(shè)計(jì)

  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(yīng)小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則

  ①對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)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(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)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(yīng)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(hào)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(shí)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(shè)備的底部),千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局?

  ⑤設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng),所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑,合理配置器件或印制電路板?空氣流動(dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng),所以在印制電路板上配置器件時(shí),要避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域?整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題?大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(shè)備的故障率明顯下降?

  以上所述只是印制電路板可靠性設(shè)計(jì)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(guān)系,在設(shè)計(jì)中還需根據(jù)具體電路進(jìn)行相應(yīng)處理,最大程度地保證印制電路板的可靠性?