PCB印制電路板可靠性設(shè)計方案

1、PCB印制電路板可靠性設(shè)計目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要 裝配方式。實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不 當，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條 細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成 反射噪聲。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應注意采用正確的方法。一、地線設(shè)計在電子設(shè)備中，接地是控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、機殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設(shè)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

2、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。當工作頻率在110MHZ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(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(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應將

3、 接地線盡量加粗，使它能通過三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(gòu)成閉環(huán)路設(shè)計只由數(shù)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 的提高抗噪聲能力。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，會在地結(jié)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，則會縮 小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。二、電磁兼容性設(shè)計電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外 來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能

4、夠正常工作，同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。1.選擇合理的導線寬度。由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊 干擾主要是由印制導線的電感成分造成的， 因此應盡量減小印制導線 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干擾是有利的。 時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū) 動器的信號線常常載有大的瞬變電流， 印制導線要盡可能地短。對于 分立元件電路，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采用正確的布線策略。采用平等走線可以減少導線電感， 但導線 之間的互感和分布電容增加，如果布

5、局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布 線結(jié)構(gòu)，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后 在交叉孔處用金屬化孔相連。為了抑制印制板導線之間的串擾，在設(shè)計布線時應盡量避免長距離 的平等走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線 盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設(shè)置一根接地的 印制線，可以有效地抑制串擾。為了避免高頻信號通過印制導線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，還應注意以下幾點：盡量減少印制導線的不連續(xù)性，例如導線寬度不要突變，導線的 拐角應大于90度禁止環(huán)狀走線等。時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾， 走線時應與地線回路相 靠近，驅(qū)動器應緊挨著連接器?？偩€驅(qū)動

6、器應緊挨其欲驅(qū)動的總線。 對于那些離開印制電路板的 引線，驅(qū)動器應緊緊挨著連接器。數(shù)據(jù)總線的布線應每兩根信號線之間夾一根信號地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時，應排列器件3.抑制反射干擾。為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾， 除了 特殊需要之外，應盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路。 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個相同阻值 的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗，對一般速度較快的 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(jù)集成 電路的輸出驅(qū)動電流及吸收電流的最

7、大值來決定。三、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(shù)字電路 中，當電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)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(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做 法，配置原則如下：電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器，如果印制電路板 的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。為每個集成電路芯片配置一個 O.OluF的陶瓷電容器。如遇到印 制電路板空間小而裝不下時，可每410個芯片配置一個110uF鉭 電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz20MH

8、z范圍內(nèi) 阻抗小于1Q,而且漏電流很?。?.5uA以下）。對于噪聲能力弱、關(guān)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（Vcc）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四、印制電路板的尺寸與器件的布置印制電路板大小要適中，過大時印制線條長，阻抗增加，不僅抗噪 聲能力下降，成本也高；過小，則散熱不好，同時易受臨近線條干擾。在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關(guān)的器件盡量放 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(fā)生 器、晶振和CPU勺時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生 噪聲的器件、小

9、電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有 可能，應另做電路板，這一點十分重要。五、熱設(shè)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： 對于采用自由對流 空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其它器件）按縱長方式排列， 對于采用強制空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其它器件）按 橫長方式排列。 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 在冷卻氣流最下游。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(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，多個器件最好是在水平 面上交錯布局。設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動， 所以在設(shè)計 時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板?？諝饬鲃訒r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