印制电路板的可靠性设计

1.电源适配器地线设计

在电源适配器中，接地是抑制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题｡电子设备中地线结构大致有系统地､机壳地(屏蔽地)､数字地(逻辑地)和模拟地等｡在地线设计中应注意以下几点

①正确选择单点接地与多点接地｡在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地｡当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地｡当工作频率为1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法｡

②将数字电路与模拟电路分开｡电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连｡要尽量加大线性电路的接地面积｡

③尽量加粗接地线｡若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏｡因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三倍位于印制电路板的允许电流｡如有可能,接地线的宽度应大于3mm｡④将接地线构成闭环路｡设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时,将接地线做成闭环路可以明显提高抗噪声能力｡其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地线上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力方｡

2.电源适配器去耦电容配置

  在直流电源回路中,负载的变化会引起电源噪声｡例如在数字电路中,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压｡配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声,是印制电路板可靠性设计的一种常规做法,配置原则如下:

  ①电源输入端跨接一个10~100μF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100gF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好｡回1

  ②为每个集成电路芯片配置一个0.01pF的陶瓷电容器,如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10pF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于19,而且漏电流很小(0.5pA以下)｡

  ③对于噪声能力弱､关断时电流变化大的器件和ROM､RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vc)和地线(GND)间直接接入去耦电容｡去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线｡

  3.电源适配器热设计

  从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则

  ①对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器件)按纵长方式排列;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器件)按横长方式排列

  ②同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管､小规模集成电路､电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管､大规模集成电路等)放在冷却气流最下

  ③在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其他器件温度的影响

  ④对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局｡

  ⑤设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板｡空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域｡整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题｡大量实践经验表明,采用合理的器件排列方式,可以有效地降低印制电路的温升,从而使器件及设备的故障率明显下降｡

  以上所述只是印制电路板可靠性设计的一些通用原则,印制电路板可靠性与具体电路有着密切的关系,在设计中还需根据具体电路进行相应处理,最大程度地保证印制电路板的可靠性｡