印制電路闆可靠性設計的5個方法

目前電子器材用于各類電子設備和系統仍然以印制電路闆爲主要裝配方式。實踐證明，即使電路原理圖設計正确，印制電路闆設計不當，也會對電子設備的可靠性産生(shēng)不利影響。例如，如果印制闆兩條細平行線靠得很近，則會形成信号波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設計印制電路闆的時候，應注意采用正确的方法。

一(yī)、地線設計在電子設備中(zhōng)，接地是控制幹擾的重要方法

如能将接地和屏蔽正确結合起來使用，可解決大(dà)部分(fēn)幹擾問題。電子設備中(zhōng)地線結構大(dà)緻有系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模拟地等。在地線設計中(zhōng)應注意以下(xià)幾點：

1.正确選擇單點接地與多點接地在低頻(pín)電路中(zhōng)，信号的工(gōng)作頻(pín)率小(xiǎo)于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小(xiǎo)，而接地電路形成的環流對幹擾影響較大(dà)，因而應采用一(yī)點接地。當信号工(gōng)作頻(pín)率大(dà)于10MHz時，地線阻抗變得很大(dà)，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工(gōng)作頻(pín)率在1～10MHz時，如果采用一(yī)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.将數字電路與模拟電路分(fēn)開(kāi)。電路闆上既有高速邏輯電路，又(yòu)有線性電路，應使它們盡量分(fēn)開(kāi)，而兩者的地線不要相混，分(fēn)别與電源端地線相連。要盡量加大(dà)線性電路的接地面積。

3.盡量加粗接地線若接地線很細，接地電位則随電流的變化而變化，緻使電子設備的定時信号電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應将接地線盡量加粗，使它能通過三位于印制電路闆的允許電流。如有可能，接地線的寬度應大(dà)于3mm. 4.将接地線構成閉環路設計隻由數字電路組成的印制電路闆的地線系統時，将接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路闆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，會在地結上産生(shēng)較大(dà)的電位差，引起抗噪聲能力下(xià)降，若将接地結構成環路，則會縮小(xiǎo)電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。

二、電磁兼容性設計

電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中(zhōng)仍能夠協調、有效地進行工(gōng)作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外(wài)來的幹擾，使電子設備在特定的電磁環境中(zhōng)能夠正常工(gōng)作，同時又(yòu)能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁幹擾。

1.選擇合理的導線寬度。由于瞬變電流在印制線條上所産生(shēng)的沖擊幹擾主要是由印制導線的電感成分(fēn)造成的，因此應盡量減小(xiǎo)印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線對抑制幹擾是有利的。時鍾引線、行驅動器或總線驅動器的信号線常常載有大(dà)的瞬變電流，印制導線要盡可能地短。對于分(fēn)立元件電路，印制導線寬度在1.5mm左右時，即可完全滿足要求;對于集成電路，印制導線寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。

2.采用正确的布線策略。采用平等走線可以減少導線電感，但導線之間的互感和分(fēn)布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網狀布線結構，具體(tǐ)做法是印制闆的一(yī)面橫向布線，另一(yī)面縱向布線，然後在交叉孔處用金屬化孔相連。

爲了抑制印制闆導線之間的串擾，在設計布線時應盡量避免長距離(lí)的平等走線，盡可能拉開(kāi)線與線之間的距離(lí)，信号線與地線及電源線盡可能不交叉。在一(yī)些對幹擾十分(fēn)敏感的信号線之間設置一(yī)根接地的印制線，可以有效地抑制串擾。

爲了避免高頻(pín)信号通過印制導線時産生(shēng)的電磁輻射，在印制電路闆布線時，還應注意以下(xià)幾點：

●盡量減少印制導線的不連續性，例如導線寬度不要突變，導線的拐角應大(dà)于90度禁止環狀走線等。

●時鍾信号引線最容易産生(shēng)電磁輻射幹擾，走線時應與地線回路相靠近，驅動器應緊挨着連接器。

●總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線。對于那些離(lí)開(kāi)印制電路闆的引線，驅動器應緊緊挨着連接器。

●數據總線的布線應每兩根信号線之間夾一(yī)根信号地線。最好是緊緊挨着最不重要的地址引線放(fàng)置地回路，因爲後者常載有高頻(pín)電流。

●在印制闆布置高速、中(zhōng)速和低速邏輯電路時，應 排列器件

3.抑制反射幹擾。爲了抑制出現在印制線條終端的反射幹擾，除了特殊需要之外(wài)，應盡可能縮短印制線的長度和采用慢(màn)速電路。必要時可加終端匹配，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一(yī)個相同阻值的匹配電阻。根據經驗，對一(yī)般速度較快的TTL電路，其印制線條長于10cm以上時就應采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應根據集成電路的輸出驅動電流及吸收電流的最大(dà)值來決定。

三、去(qù)耦電容配置

在直流電源回路中(zhōng)，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中(zhōng)，當電路從一(yī)個狀态轉換爲另一(yī)種狀态時，就會在電源線上産生(shēng)一(yī)個很大(dà)的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去(qù)耦電容可以抑制因負載變化而産生(shēng)的噪聲，是印制電路闆的可靠性設計的一(yī)種常規做法，配置原則如下(xià)：

●電源輸入端跨接一(yī)個10～100uF的電解電容器，如果印制電路闆的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗幹擾效果會更好。

●爲每個集成電路芯片配置一(yī)個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路闆空間小(xiǎo)而裝不下(xià)時，可每4～10個芯片配置一(yī)個1～10uF钽電解電容器，這種器件的高頻(pín)阻抗特别小(xiǎo)，在500kHz～20MHz範圍内阻抗小(xiǎo)于1Ω，而且漏電流很小(xiǎo)（0.5uA以下(xià)）。

●對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大(dà)的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去(qù)耦電容。

●去(qù)耦電容的引線不能過長，特别是高頻(pín)旁路電容不能帶引線

四、印制電路闆的尺寸與器件的布置

印制電路闆大(dà)小(xiǎo)要适中(zhōng)，過大(dà)時印制線條長，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下(xià)降，成本也高；過小(xiǎo)，則散熱不好，同時易受臨近線條幹擾。

在器件布置方面與其它邏輯電路一(yī)樣，應把相互有關的器件盡量放(fàng)得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。如圖2所示。時種發生(shēng)器、晶振和CPU的時鍾輸入端都易産生(shēng)噪聲，要相互靠近些。易産生(shēng)噪聲的器件、小(xiǎo)電流電路、大(dà)電流電路等應盡量遠離(lí)邏輯電路，如有可能，應另做電路闆，這一(yī)點十分(fēn)重要。

五、熱設計從有利于散熱的角度出發

印制版最好是直立安裝，闆與闆之間的距離(lí)一(yī)般不應小(xiǎo)于2cm，而且器件在印制版上的排列方式應遵循一(yī)定的規則：對于采用自由對流空氣冷卻的設備，最好是将集成電路（或其它器件）按縱長方式排列，對于采用強制空氣冷卻的設備，最好是将集成電路（或其它器件）按橫長方式排列。 同一(yī)塊印制闆上的器件應盡可能按其發熱量大(dà)小(xiǎo)及散熱程度分(fēn)區排列，發熱量小(xiǎo)或耐熱性差的器件（如小(xiǎo)信号晶體(tǐ)管、小(xiǎo)規模集成電路、電解電容等）放(fàng)在冷卻氣流的最上流（入口處），發熱量大(dà)或耐熱性好的器件（如功率晶體(tǐ)管、大(dà)規模集成電路等）放(fàng)在冷卻氣流最下(xià)遊。在水平方向上，大(dà)功率器件盡量靠近印制闆邊沿布置，以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上，大(dà)功率器件盡量靠近印制闆上方布置，以便減少這些器件工(gōng)作時對其它器件溫度的影響。

對溫度比較敏感的器件，最好安置在溫度最低的區域（如設備的底部），千萬不要将它放(fàng)在發熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。設備内印制闆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闆。空氣流動時總是趨向于阻力小(xiǎo)的地方流動，所以在印制電路闆上配置器件時，要避免在某個區域留有較大(dà)的空域。整機中(zhōng)多塊印制電路闆的配置也應注意同樣的問題。

大(dà)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(xià)降以上所述隻是印制電路闆可靠性設計的一(yī)些通用原則，印制電路闆可靠性與具體(tǐ)電路有着密切的關系，在設計中(zhōng)不還需根據具體(tǐ)電路進行相應處理，才能最大(dà)程度地保證印制電路闆的可靠性。