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,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將接地線構成閉環路?設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統時,將接地線做成閉環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,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,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,印制版較好是直立安裝,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則

  ①對于采用自由對流空氣冷卻的設備,較好是將集成電路(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,較好是將集成電路(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熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管?小規模集成電路?電解電容等)放在冷卻氣流的較上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管?大規模集成電路等)放在冷卻氣流較下

  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較好安置在溫度較低的區域(如設備的底部),千萬不要將它放在發熱器件的正上方,多個器件較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,較大程度地保證印制電路板的可靠性?