中北大學(xué)系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)工程問題課件

第五章電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工程問題5.1概述5.2電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)5.3電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)5.4可靠性設(shè)計(jì)5.5印制電路板的設(shè)計(jì)與裝配第五章電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工程問題5.1概述15.1概述 “工程”與“原理” 一個(gè)電子系統(tǒng)，除需要達(dá)到預(yù)期的功能、指標(biāo)外，還涉及到其它工程技術(shù)問題，如電磁兼容、可靠性等問題。實(shí)際上，這些也是系統(tǒng)其他方面的性能指標(biāo)。 主要的工程問題主要有：抗干擾、電磁兼容、熱特性、可靠性等等。

5.1概述 “工程”與“原理”25.2電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)5.2.1電磁干擾與電磁兼容問題5.2.2干擾的類型5.2.3干擾傳播的途徑5.2.4干擾的主要形式5.2.5抗干擾設(shè)計(jì)方法5.2電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)5.2.1電磁干擾與電磁兼容問35.2.1電磁干擾與電磁兼容問題

在工業(yè)測試現(xiàn)場存在著嚴(yán)重的干擾，如聲、電、光、磁、振動，以及化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等。這些干擾會對安裝在工業(yè)現(xiàn)場的測量造成影響，輕則影響其精度，重則是系統(tǒng)無法工作。5.2.1電磁干擾與電磁兼容問題在工業(yè)測試4電磁干擾與電磁兼容概念

現(xiàn)代電子產(chǎn)品，功能越來越強(qiáng)大，線路也越復(fù)雜，電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）成了主要問題。 電子設(shè)備的周圍充滿了電磁干擾信號，而其本身對其他設(shè)備而言是一個(gè)干擾信號源。 提高設(shè)備的抗干擾能力，同時(shí)降低電子設(shè)備本身對周圍電磁環(huán)境的污染，這就是電磁兼容(EMC)問題。

EMC=ElectroMagneticCompatibility的定義：在同一電磁環(huán)境中，設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正常工作，同時(shí)也不對其它設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。電磁兼容設(shè)計(jì)就是針對電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之能成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。（國標(biāo)GB/T4365-1995）電磁干擾與電磁兼容概念現(xiàn)代電子產(chǎn)品，功能越5EMC認(rèn)證產(chǎn)品的EMC認(rèn)證是依據(jù)產(chǎn)品的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的技術(shù)要求，經(jīng)過認(rèn)證機(jī)構(gòu)測試確認(rèn)，并通過頒發(fā)認(rèn)證證書和認(rèn)證標(biāo)志來證明某一產(chǎn)品符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)技術(shù)的要求。

在我國EMC認(rèn)證已納入3C認(rèn)證范圍(中國強(qiáng)制認(rèn)證，英文名稱為“ChinaCompulsoryCertification”，英文縮寫為“CCC”，也可簡稱為“3C認(rèn)證”)，國家對有強(qiáng)制性電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)條款的產(chǎn)品實(shí)行安全認(rèn)證制度，對這些實(shí)施電磁兼容安全認(rèn)證的產(chǎn)品在進(jìn)入流通領(lǐng)域?qū)嵤?qiáng)制性監(jiān)督管理（沒有進(jìn)行電磁兼容安全認(rèn)證就不能進(jìn)入流通領(lǐng)域)。EMC認(rèn)證產(chǎn)品的EMC認(rèn)證是依據(jù)產(chǎn)品的電磁兼容6EMC結(jié)構(gòu)圖EMC結(jié)構(gòu)圖71）電源（專項(xiàng)測試）2）屏蔽（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）3）接地4）結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性設(shè)備滿足電磁兼容須具備：1）電源（專項(xiàng)測試）設(shè)備滿足電磁兼容須具備：8EMI：分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾 傳導(dǎo)干擾：通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合（干擾）到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

輻射干擾：干擾源通過空間把信號耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。 在高速系統(tǒng)中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其它子系統(tǒng)的工作。

EMI和EMC問題EMI：分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾EMI和EMC問題9輻射干擾

輻射包含兩部分：產(chǎn)品向外的輻射和外界對產(chǎn)品的輻射（通過場傳輸） 影響： 輻射超標(biāo) 抗干擾差輻射干擾 輻射包含兩部分：產(chǎn)品向外的輻射和外界對產(chǎn)品的輻射10傳導(dǎo)干擾 傳導(dǎo)包含兩部分：產(chǎn)品向外的傳導(dǎo)和外界對產(chǎn)品的傳導(dǎo)（通過線傳輸）。

影響： 傳導(dǎo)超標(biāo)：通過導(dǎo)線影響其它產(chǎn)品的正常工作。 抗干擾差：容易被其它產(chǎn)品影響傳導(dǎo)干擾 傳導(dǎo)包含兩部分：產(chǎn)品向外的傳導(dǎo)和外界對產(chǎn)品的傳導(dǎo)11電磁干擾三要素

1)干擾源（能量源）

2)被干擾對象（接收器）

3)耦合路徑解決電磁干擾的方法：屏蔽、接地、濾波干擾源接收器電磁干擾三要素 1)干擾源（能量源）干擾源接收器12EMC測試 電磁屏蔽室電源濾波器通風(fēng)板電纜接線板通風(fēng)板分為傳導(dǎo)測試和輻射測試EMC測試 電磁屏蔽室電源濾波器通風(fēng)板電纜接線板通風(fēng)板分為傳13EMC常規(guī)測試項(xiàng)目靜電放電抗擾度GB/T17626.2;IEC61000-4-2電快速瞬變/脈沖群抗擾度GB/T17626.4;IEC61000-4-4輻射電磁場浪涌（雷擊）抗擾度注入電流抗擾度電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度EMC常規(guī)測試項(xiàng)目靜電放電抗擾度GB/T17626.2;IE14 電磁干擾（EMI）對電子設(shè)備可形成不同程度的危害，輕則可使設(shè)備的性能指標(biāo)下降，重則可使設(shè)備不能正常工作，甚至可使機(jī)內(nèi)較為脆弱的半導(dǎo)體器件擊穿或燒毀。 在干燥的氣候條件下，人體可帶有上萬伏的感應(yīng)靜電。此時(shí)，如果觸摸甚至靠近MOS類高阻抗器件，很可能導(dǎo)致器件損壞。

防靜電服、釋放靜電電磁干擾的危害 電磁干擾（EMI）對電子設(shè)備可形成不同程度的危害，輕則可15

另外，過度的電磁干擾會危害人體健康，破壞生態(tài)平衡 另外，過度的電磁干擾會危害人體健康，破壞生態(tài)平衡16 舉例：

使用手機(jī)會對電視機(jī)造成干擾，在電視畫面上形成條紋； 冰箱的啟動導(dǎo)致電腦的錯(cuò)誤動作； 使用心電儀器時(shí)若有人使用手機(jī)會對儀器產(chǎn)生干擾； 客機(jī)在暴風(fēng)雨中作緊急降落時(shí)其電子導(dǎo)航系統(tǒng)遭到電磁干擾可能失效； 舉例：175.2.2干擾的類型

1)自然干擾源靜電、雷電及來自外太空的電磁干擾（如宇宙射線、太陽黑子、耀斑）等。這些干擾信號常常造成通信、廣播的中斷，造成設(shè)備的損壞。 各類噪聲有自己的時(shí)、空分布。

2)人為干擾源對電子設(shè)備本身無用的信號即為干擾信號，如電臺發(fā)射的無線電波、繼電器的切換噪聲、汽車的點(diǎn)火電火花污染等。一、外部干擾5.2.2干擾的類型1)自然干擾源一、外部干擾18典型設(shè)備承受的干擾典型設(shè)備承受的干擾19熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無規(guī)則的熱運(yùn)動所產(chǎn)生的。這種噪聲除了在超低溫外是不可避免的，溫升越低噪聲越小，所以要盡量抑制溫度的上升。感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的電磁感應(yīng)而造成的各電路的相互干擾所引起的噪聲。二、內(nèi)部干擾熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無規(guī)則的熱運(yùn)動所產(chǎn)生的。這種噪20信號失真引起的噪聲：信號波形在電路中失真畸變而引起的噪聲。自激振蕩：具有放大功能的電路，其輸出信號的一部分通過“寄生耦合”以正反饋的方式加到電路的輸入端而產(chǎn)生不需要的自激振蕩形成的噪聲。等等內(nèi)部干擾（續(xù)）信號失真引起的噪聲：信號波形在電路中失真畸變而引起的噪聲。內(nèi)215.2.3干擾傳播的途徑

干擾信號作用于電子設(shè)備，有傳導(dǎo)和輻射兩種途徑。電子設(shè)備中的導(dǎo)線、元器件、結(jié)構(gòu)體等都能形成傳導(dǎo)和輻射耦合通道。 它們有時(shí)起著天線的作用，發(fā)射和接收干擾電磁波。

5.2.3干擾傳播的途徑 干擾信號作用于電子設(shè)備22電磁干擾的傳播途徑：1、電場傳播——電容耦合（原理）寄生電容電磁干擾的傳播途徑：寄生電容232、磁場傳播變壓器原理2、磁場傳播變壓器原理24

當(dāng)接收電路距噪聲源較遠(yuǎn)時(shí)（），噪聲源主要通過輻射電磁場傳播（天線效應(yīng)），噪聲電壓為：式中：E——輻射場強(qiáng)度；

——天線有效高度；當(dāng)接收導(dǎo)線垂直部分高度時(shí)，有效高度3、輻射電磁場傳播3、輻射電磁場傳播25

4、導(dǎo)線傳播（介質(zhì)傳播）

（1）共電源噪聲的傳播 靠近電源輸出端接入，

消除公共線路阻抗影響

（2）共接地線阻抗噪聲的傳播

大電流、小電流的地線一定要分開或單獨(dú)接地 4、導(dǎo)線傳播（介質(zhì)傳播）265、信號輸出電路的串?dāng)_A路I變化，產(chǎn)生UI，影響到B及C路。應(yīng)避免大電流輸出回路與其他輸出回路并聯(lián)工作。5、信號輸出電路的串?dāng)_276、漏電流耦合

由于元件引腳、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)等都是有一定的絕緣電阻的，因此流過絕緣電阻的漏電流也會耦合干擾。特別是當(dāng)漏電流流入高輸入阻抗放大器的輸入級時(shí)，影響特別嚴(yán)重。6、漏電流耦合28干擾的主要形式 1、空間干擾

空間干擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)體、殼體上的輻射而引起的噪聲。干擾來自于系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，系統(tǒng)本身既可能接受外來干擾也可能對外產(chǎn)生空間干擾?？臻g干擾強(qiáng)度上小于過程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾，空間干擾可用良好的屏蔽、正確的接地和布局設(shè)計(jì)解決。

干擾的主要形式 1、空間干擾292．過程通道干擾 過程通道是電子系統(tǒng)相互通道進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?。長線傳輸是干擾產(chǎn)生的主要原因。當(dāng)傳輸線上的信息為脈沖波時(shí)，傳輸線會出現(xiàn)延遲、畸變、衰減與通道干擾耦合(串?dāng)_)，還接收空間電磁場的干擾。 為保證長線傳輸?shù)目煽啃?，可采用光電耦合隔離、雙絞線傳輸、同軸電纜傳輸、阻抗匹配及屏蔽等解決干擾問題。串模干擾模型2．過程通道干擾 過程通道是電子系統(tǒng)相互通道進(jìn)行信息傳輸?shù)?03．供電系統(tǒng)干擾

電子系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾來自供電系統(tǒng)干擾。由于任何電源及線路都存在內(nèi)阻，所以電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種干擾信號都可能對電網(wǎng)中的各種設(shè)備包括電子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

例如:大功率設(shè)備，大感性負(fù)載設(shè)備的啟停使電網(wǎng)電壓大幅度漲落（浪涌），欠壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的15%以上。 供電系統(tǒng)干擾問題通過穩(wěn)壓、隔離、濾波等措施加以解決。3．供電系統(tǒng)干擾 電子系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾來自供315.2.4抗干擾設(shè)計(jì)方法

不同的干擾要采用不同的抗干擾辦法。 電子系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)分為硬件和軟件

軟件抗干擾使用靈活、成本低廉，但增加了軟件編程工作量和CPU運(yùn)行時(shí)間，而且對于某些干擾也難以消除，因此，在系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將軟、硬件抗干擾措施有機(jī)地結(jié)合起來，使它們相輔相成，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。5.2.4抗干擾設(shè)計(jì)方法 不同的干擾要采用不同的32

1．硬件抗干擾措施（根據(jù)干擾形式） (1)切斷來自電源的干擾

任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，內(nèi)阻是引起了電源的噪聲干擾。(如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，在線路中不會建立起任何干擾電壓) 電子系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的干擾源來源于電源。在某些大功率設(shè)備的電網(wǎng)中，對電源檢測，在50周正弦波上疊加有1000多伏的尖峰電壓。1．硬件抗干擾措施（根據(jù)干擾形式）33常見交流電源噪聲種類（1）過壓、欠壓（2）浪涌（>10％～15％），（3）尖峰電壓（4）射頻干擾可采用交流濾波器+交流穩(wěn)壓器常見交流電源噪聲種類可采用交流濾波器+交流穩(wěn)壓器34基本措施:

（1）交流進(jìn)線端加交流濾波器。濾掉高頻干擾，如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。

濾波器安裝要加屏蔽并良好接地，進(jìn)出線要分開，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過，對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。

（2）要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。

（3）隔離變壓器、橋式整流基本措施:35

（4）采用集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓

注意穩(wěn)壓器的壓降參數(shù)(LDO),可采用低壓差

（5）直流輸出采用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。

（6）交流電源線與其他線盡量分開，減少耦合干擾。交流電源線與直流電源線及信號線分開走線。

典型線形電源設(shè)計(jì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)：EMI濾波+DC-DC+電容電感等濾波 （4）采用集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓典型線形電源設(shè)計(jì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)：36(2)切斷來自過程通道的干擾（隔離與匹配）

①模擬信號通過隔離放大器進(jìn)行隔離。由于切斷了系統(tǒng)與外界的一切電的傳輸聯(lián)系，因而過程通道中的干擾可以被有效地消除。（隔離運(yùn)放） ②數(shù)字信號采用光電耦合器隔離，隔離過程通道中的干擾信號，特別是用于不同接地電位的系統(tǒng)之間的信號傳輸，如下圖所示。(2)切斷來自過程通道的干擾（隔離與匹配）37③采用變壓器隔離（射頻）驅(qū)動大電流用繼電器隔離分為機(jī)械和固態(tài)③采用變壓器隔離（射頻）驅(qū)動大電流用繼電器隔離38

④模擬地和數(shù)字地分開，避免公共地阻抗對模擬信號和數(shù)字信號產(chǎn)生耦合作用。

⑤

用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。這是因?yàn)楦蓴_噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流而被抑制。 光電耦合器就是工作在電流狀態(tài)，干擾信號產(chǎn)生的弱電流無法形成足夠的光通量，因而傳輸中斷。

④模擬地和數(shù)字地分開，避免公共地阻抗對模擬信號和39

⑥

采用雙絞線或同軸電纜傳輸。使用平行線時(shí)，當(dāng)信號線周圍電磁場發(fā)生變化，信號線上就感應(yīng)了干擾噪聲： （1）圖(a)所示，使用雙絞線傳輸時(shí)，雙絞線能使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消，故對電磁場變化引起的干擾具有一定的抑制效果。（共模干擾） （2）圖

(b)是使用同軸電纜傳輸示意圖，由于同軸電纜外殼有屏蔽作用，只要注意正確接地，就可以有效地抑制電磁干擾。目前流行光纖傳輸 ⑥采用雙絞線或同軸電纜傳輸。使用平行線時(shí)，當(dāng)信號線周圍40

⑦

長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?。長線傳輸時(shí)，阻抗不匹配的傳輸線會產(chǎn)生反射，使信號出現(xiàn)畸變、衰減，導(dǎo)致信號失真。為了對傳輸線進(jìn)行阻抗匹配，必須估算出它的特性阻抗。（主要針對高頻）

⑧

注意元件的安裝位置與角度。特別是變壓器、電感線圈等產(chǎn)生的磁場因具有特定的方向性，應(yīng)考慮它們對其他電路的影響。 ⑦長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?。長線傳輸時(shí)，阻抗不匹配的傳輸線會41

⑨濾波采用濾波器使信號與干擾在頻譜上分離。為了減少寬帶噪聲干擾，在可能條件下，使電路的各個(gè)環(huán)節(jié)做成窄帶，以限制噪聲。⑨濾波采用濾波器使信號與干擾在頻譜上分離。為42 高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。 當(dāng)距離較近時(shí)，電磁波會通過分布電容和電感耦合到信號回路而形成電磁干擾；當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電磁波則以輻射形式構(gòu)成干擾。解決方法：屏蔽 屏蔽技術(shù)的基本原理時(shí)把電路線和磁力線的影響限制在某一個(gè)范圍，即隔離“場”的耦合。 常用低電阻的金屬材料（如銅和鋁）制成一個(gè)空腔的金屬盒，將電路置于屏蔽盒，并將屏蔽盒良好接地。⑩屏蔽技術(shù) 高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能產(chǎn)43

(3)抑制空間干擾（屏蔽與接地）

①加大印刷板間的間隔，加大導(dǎo)線間、元器件間的間隔，導(dǎo)線之間添加接地線等。②系統(tǒng)中敏感部件遠(yuǎn)離開關(guān)功率源。③長線傳輸使用同軸電纜或屏蔽線。④使用金屬機(jī)殼并接地屏蔽，若采用塑料機(jī)殼，應(yīng)在內(nèi)層涂金屬作為屏蔽層。

(3)抑制空間干擾（屏蔽與接地）44 ①接地設(shè)計(jì):

地的分類：信號地，電源地，大地（安全地、屏蔽地）等。安全地：防止發(fā)生人身傷害事故而將機(jī)殼接大地 ①接地設(shè)計(jì):45信號接地方式懸浮地、一點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地、混合接地地：地是信號的參考電位，以地為0電平，理想的情況下地線上任兩點(diǎn)間的電位差為零，但實(shí)際上地線仍然要用金屬導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)，不可避免的存在導(dǎo)線的阻抗，地線是信號回路的一部分，是信號電流回流的必經(jīng)之路，這樣就在地線上形成了電位差。當(dāng)各種信號電流流經(jīng)同一地線阻抗時(shí)，形成了公共阻抗干擾。為了減少地線引起的干擾，采用合適的接地方式。信號接地方式懸浮地、一點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地、混合接地46高電壓、大電流最好靠近電源輸出端高電壓、大電流最好靠近電源輸出端47中北大學(xué)系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)工程問題課件48

PCB接地總結(jié):主要防止電路中的公共地線電阻引起干擾，正確的接地與屏蔽可以解決大部分的干擾問題：

(a)單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地選擇。 在低頻電路中，導(dǎo)線與元器件間的電感影響較小，采用一點(diǎn)接地； 在高頻電路中，地線電流大，應(yīng)盡量降低地線阻抗形成地平面，并采用就近多點(diǎn)接地法。

(b)數(shù)字信號地與模擬信號地分開連接，最終單點(diǎn)相連，消除地電路經(jīng)過公共阻抗而產(chǎn)生的干擾。

(c)接地線盡量加粗，盡可能減小地線阻抗，從而減小公共阻抗耦合而產(chǎn)生的干擾。

PCB接地總結(jié):主要防止電路中的公共地線電阻引起干擾，正49

②電源線布置 根據(jù)電流的大小盡量加大線條寬度； 利用電源線高頻阻抗小的特點(diǎn)，將它與邏輯信號線平行布線，以起到與地線相似的隔離作用。但電源線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感信號線，以減少干擾。 ③配置去耦電容在印刷電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置去耦電容是印刷電路板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法，它包括以下幾個(gè)方面：

(a)在電路板電源輸入端跨接一個(gè)10~100uF(或更大)的電解電容，消除電源中的低頻干擾。

(b)在每個(gè)關(guān)鍵集成電路芯片的電源輸入端跨接一個(gè)0.01uF的貼片電容或瓷片電容，消除電源中的高頻干擾。

(c)去耦電容的引線不能太長，特別是高頻旁路電容不能有長引線。 ②電源線布置50

④印刷電路板尺寸與器件布置印刷電路板過大時(shí)，印刷線條長，阻抗增加，不僅抗干擾能力下降，而且成本提高； 過小，散熱不好，且易受鄰近線條干擾。 元器件布置應(yīng)遵循以下原則：

(a)相關(guān)器件應(yīng)盡量放得靠近些。例如：晶振和時(shí)鐘信號輸入端應(yīng)相互靠近些，最好有地線跟隨。

(b)敏感電路應(yīng)遠(yuǎn)離大電流噪聲電路。例如：信號線與其他器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離晶振或大功率器件;控制電路與驅(qū)動電路分板制作。

④印刷電路板尺寸與器件布置51電磁兼容控制的一般策略表電磁兼容控制的一般策略表52高頻布線的抗干擾問題（50MHz以上）

具有微處理器的電子系統(tǒng)，抗干擾和電磁兼容是主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別對于時(shí)鐘頻率高、大功率、大電流、含微弱信號、高精度AD系統(tǒng)，措施：

1）控制器性能滿足要求，時(shí)鐘頻率越低越好。方波包含各種頻率成分，高頻部分可能就是噪聲源，時(shí)鐘頻率的3倍高頻噪聲最危險(xiǎn)(信號完整性)

2）高頻信號在銅膜線傳輸時(shí)，會發(fā)生畸變，所以銅膜線越短越好

3）高頻信號會對其它高輸入阻抗的信號產(chǎn)生干擾，需要對弱信號隔離高頻布線的抗干擾問題（50MHz以上） 具有微處理器的電子53 4）高頻情況下，銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感需要考慮

5）電路板以外的引線需要屏蔽，高頻信號的屏蔽層兩端須接地 6)就近多點(diǎn)接地。地線上具有電感，增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間會產(chǎn)生電感耦合。當(dāng)頻率高時(shí)，特別是當(dāng)?shù)鼐€長度等于1／4波長的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會變得很高，地線變成了天線，會向外輻射噪聲。(多層板設(shè)計(jì)) 4）高頻情況下，銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件的542．軟件抗干擾措施 電子系統(tǒng)中，干擾源常常使電子系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，軟件抗干擾不能完全消除干擾，把硬件抗干擾和軟件抗干擾結(jié)合起來。在電子系統(tǒng)中常用的軟件抗干擾措施有以下幾種：

2．軟件抗干擾措施55 (1)數(shù)字濾波（FIR）

在數(shù)采系統(tǒng)中，干擾信號疊加在信號上使數(shù)據(jù)采集的誤差加大，特別是傳感器信號為小信號輸入，干擾現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。 抑制干擾常用的方法是硬件電路進(jìn)行濾波，要獲得較好的抑制效果，硬件電路須十分復(fù)雜。采用軟件實(shí)現(xiàn)濾波（數(shù)字濾波）則是當(dāng)前干擾抑制技術(shù)中的一種新技術(shù)，數(shù)字濾波常用的方法有以下幾種：

①程序判斷濾波

這種濾波方法是根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)，確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差

，若本次輸入信號與上次輸入信號的偏差超過，就放棄本次采樣值，僅當(dāng)小于此偏差值時(shí)才作為本次采樣值。 (1)數(shù)字濾波（FIR）56②中值濾波（犧牲采樣率）

對一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采集多個(gè)信號，取其中間值作為本次采樣值。③算術(shù)平均濾波法（犧牲采樣率）

對一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣多次，計(jì)算其平均值，以其平均值作為該點(diǎn)采樣結(jié)果，即

其中:——第k次N個(gè)采樣值的算術(shù)平均值；——第k次采樣點(diǎn)的第i次采樣值：N——每一個(gè)采樣點(diǎn)的采樣次數(shù)。②中值濾波（犧牲采樣率）57④

一階遞推數(shù)字濾波這種方法是利用軟件完成RC低通濾波器的算法，實(shí)現(xiàn)用軟件方法替代硬件RC濾波器。一階遞推數(shù)字濾波公式為

其中：Q——濾波平滑系數(shù)，取值范圍為O＜Q＜1；

——本次采樣值；

——上次濾波結(jié)果輸出值；

——本次濾波結(jié)果輸出值。

④一階遞推數(shù)字濾波58(2)設(shè)置自檢程序 軟件中加自檢程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前和運(yùn)行中不斷測試電子系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，對出現(xiàn)的錯(cuò)誤狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)處理，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。(3)設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器 使用監(jiān)視定時(shí)器中斷來監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)的抗干擾措施。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間稍大于主程序正常運(yùn)行一個(gè)循環(huán)的時(shí)間，在主程序中加入對定時(shí)器時(shí)間常數(shù)刷新操作；只要程序正常運(yùn)行，定時(shí)器就不會出現(xiàn)定時(shí)中斷；當(dāng)程序失常時(shí)，定時(shí)器因不能得到刷新而導(dǎo)致定時(shí)中斷，利用定時(shí)器中斷產(chǎn)生的信號將系統(tǒng)復(fù)位，或利用定時(shí)器中斷服務(wù)程序作相應(yīng)的處理，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。(4)軟件消抖動、校驗(yàn)糾錯(cuò)等(2)設(shè)置自檢程序59 優(yōu)點(diǎn)：

1）軟件抗干擾降低了系統(tǒng)成本又提高了系統(tǒng)的可靠性。 2）軟件抗干擾編寫靈活、方便，可以隨時(shí)改變選擇的算法或改變參數(shù)。

缺點(diǎn)：

1）增加了CPU的運(yùn)行時(shí)間，不適用于速度要求較高的應(yīng)用場合。 2）局限性，對于某些干擾也難以奏效，不可能完全取代硬件抗干擾措施 因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡利弊，選擇使用軟、硬件抗干擾措施?？偨Y(jié) 優(yōu)點(diǎn)： 總結(jié)605.3電子設(shè)備熱設(shè)計(jì) 原因：能量消耗轉(zhuǎn)變成熱消耗 定義：利用熱傳遞技術(shù)，降低發(fā)熱元器件(例如電子管、功率晶體管和大功率電阻等)和部件(例如電源變壓器等)本身的溫度，使電子設(shè)備整機(jī)內(nèi)部溫升降低到所要求的范圍，以提高設(shè)備抗溫度應(yīng)力的能力，這種可靠性設(shè)計(jì)叫做熱設(shè)計(jì)。5.3電子設(shè)備熱設(shè)計(jì) 原因：能量消耗轉(zhuǎn)變成熱消耗61

電子器件的故障與其工作溫度有密切關(guān)系：

對溫度最為敏感： 半導(dǎo)體器件和微電路，故障率隨溫度的增加而指數(shù)地上升。如:硅PNP型晶體管，高低溫失效率之比為6:1 電子器件的故障與其工作溫度有密切關(guān)系：如:硅PNP型晶62熱對系統(tǒng)可靠性的影響統(tǒng)計(jì)（1）電子設(shè)備的失效原因中有55％是由于溫度過高引起的。（2）電子元器件溫度每升高10℃，其可靠性下降一倍。摘自美空軍整體計(jì)劃分析報(bào)告熱對系統(tǒng)可靠性的影響統(tǒng)計(jì)摘自美空軍整體計(jì)劃分析報(bào)告63熱量產(chǎn)生的原因電子設(shè)備經(jīng)受的熱應(yīng)力來源于以下幾個(gè)方面：（1）工作過程中，功率元件耗散的熱量。（2）電子設(shè)備周圍的工作環(huán)境，通過導(dǎo)熱、對流和輻射的形式，將熱量傳遞給電子設(shè)備。（3）電子設(shè)備與大氣環(huán)境產(chǎn)生相對運(yùn)動時(shí)，各種摩擦引起的增溫。

熱量產(chǎn)生的原因電子設(shè)備經(jīng)受的熱應(yīng)力來源于以下幾個(gè)方面：64熱設(shè)計(jì)目的

電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)目的：利用熱傳遞特性對電子設(shè)備的耗熱元件以及整機(jī)或系統(tǒng)采用合適的冷卻技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以對它們的溫升進(jìn)行控制，從而保證電子設(shè)備或系統(tǒng)正常、可靠地工作。熱設(shè)計(jì)目的電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)目的：利用熱傳遞特性對電子設(shè)65熱設(shè)計(jì)原則 熱設(shè)計(jì)滿足兩個(gè)條件:把產(chǎn)品的溫度限制在某一最大和最小的范圍內(nèi)（以器件工作溫度為準(zhǔn)）；盡量使電子設(shè)備內(nèi)各點(diǎn)之間的溫差最小。

1）電子設(shè)備（包括器件）的熱特性

2）發(fā)熱功率

3）散熱面積 4）最高允許的工作溫度和儲存溫度熱設(shè)計(jì)原則 熱設(shè)計(jì)滿足兩個(gè)條件:把產(chǎn)品的溫度限制在某一最大66熱設(shè)計(jì)要求：

1）滿足性能要求下，盡可能減少儀器內(nèi)部熱量

2）降低設(shè)備熱阻

3）保證設(shè)備和器件在較低溫度下工作，減少參數(shù)飄移熱傳遞的方式：傳導(dǎo)、對流、輻射。一般來說，這三種形式在電子系統(tǒng)的熱傳輸中所占的比例分別為60％、20％、20％。熱設(shè)計(jì)要求：67 針對電子設(shè)備熱產(chǎn)生機(jī)理和傳播方式，常用的熱設(shè)計(jì)有3種： 一、熱源處理

1.1降額使用 元器件工作在低于元件額定參數(shù)（功率、電壓、電流）的條件下，以提高使用壽命(不同器件降額參數(shù)不同) 低功率器件選型舉例：片狀電阻、線繞電阻(少用碳膜電阻)、獨(dú)石電容、鉭電容(少用紙介電容)、MOS/CMOS電路(少用TTL)… 針對電子設(shè)備熱產(chǎn)生機(jī)理和傳播方式，常用的熱設(shè)計(jì)有3種：681.2特種元器件溫度補(bǔ)償與控制

1）選用溫度不敏感的元器件

2）選用特定溫度系數(shù)的元器件(收斂)1.3合理設(shè)計(jì)印制電路板結(jié)構(gòu) 1）印制板上電源線、地線、信號線的走線要合理，電路板上導(dǎo)線用金、銀、銅制成，以減小導(dǎo)線電阻，減少熱源

2）采用多層板制作，使電源線、地線、控制線獨(dú)自一體，各占一面，外加散熱裝置，充分利用熱傳導(dǎo)

3）發(fā)熱高、輻射大的元件可專門設(shè)計(jì)安裝在一塊印制板上，密封、隔離 1.2特種元器件溫度補(bǔ)償與控制69二熱阻處理 熱阻用來說明發(fā)熱元件向外環(huán)境的熱轉(zhuǎn)換能力。 定義：熱量在熱流路徑上遇到的阻力。溫差越大，熱流量就越大?！鱐＝RQ熱阻的單位是℃/W。 熱阻與傳導(dǎo)路徑長度成正比，與通過的截面積成反比，與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比,熱阻：

R＝L/(λS)

2.1元件的合理布局可減小熱阻

1）元件安裝在最佳自然散熱位置

2）元件熱流通道盡可能短，通道橫截面要大，通道中不應(yīng)有絕熱或隔熱物體 3）發(fā)熱元件不能密集安裝，排列要適中二熱阻處理 熱阻用來說明發(fā)熱元件向外環(huán)境的熱轉(zhuǎn)換能力。702.2散熱裝置

1）散熱裝置遠(yuǎn)離溫度敏感元件

2）散熱裝置與元件接觸面光滑、平整

3）靠近通風(fēng)口的空氣流動方向2.2散熱裝置714）熱敏器件不在熱流通道；5）元器件和結(jié)構(gòu)距離≥13mm，利于空氣流動；6)散熱裝置安裝位置合適，散熱片垂直與印制板7）發(fā)熱器件在機(jī)箱上方，怕熱器件在下方，盡量利用機(jī)箱金屬殼體散熱，通風(fēng)口要利于空氣對流4）熱敏器件不在熱流通道；72三降溫處理 自然冷卻裝置無法保證電路正常工作時(shí)，需要增加外部制冷設(shè)備實(shí)現(xiàn)降溫處理。

3.1等溫處理 采用溫度平均對稱電路，使兩個(gè)與溫度有關(guān)的元件在同一溫度場，形成對溫度的相同感應(yīng)，使溫度影響一致。（如差分放大器、電橋電路等等）三降溫處理 自然冷卻裝置無法保證電路正常工作時(shí)，需要增加73

3.2控溫處理 增加專門制冷設(shè)備（空調(diào)、風(fēng)扇、水、油等），對內(nèi)部、外部環(huán)境實(shí)現(xiàn)降溫處理，還可采用溫度傳感器作輔助控制電路，一旦控溫電路失效，溫度升高則需報(bào)警。 3.2控溫處理74整機(jī)的散熱

機(jī)箱開通風(fēng)孔，安裝排風(fēng)扇。在利用排風(fēng)扇散熱時(shí)，注意風(fēng)路的設(shè)計(jì)，使主要的發(fā)熱元件處于風(fēng)路上。此時(shí)機(jī)殼的通風(fēng)孔并非越多越好，必須與風(fēng)路設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，同時(shí)兼顧通風(fēng)孔對電磁干擾等問題的影響。 許多電子設(shè)備帶有金屬外殼，常用來兼做散熱器，將功率器件直接安裝在外殼上，注意電絕緣和安全問題。增加云母片、導(dǎo)熱硅脂等材料散熱、絕緣等整機(jī)的散熱 機(jī)箱開通風(fēng)孔，安裝排風(fēng)扇。在利用排風(fēng)扇散755.4可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用電子學(xué)、可靠性物理學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)等多方面知識的一種綜合性設(shè)計(jì)。設(shè)備的可靠性定義的要素是“三規(guī)”：規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能?？捎闷骄收蠒r(shí)間MTBF來描述：MTBF=總工作時(shí)間/故障次數(shù)（h）整機(jī)的可靠性與它所使用的元器件的可靠性、元器件的數(shù)量、電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量、系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)類型等有關(guān)。5.4可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)是以概率論、數(shù)76

元器件的可靠性用失效率表示，(t)的定義：產(chǎn)品在t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與在t時(shí)刻還在正常工作的產(chǎn)品數(shù)的百分比值。它是時(shí)間的函數(shù)(隨時(shí)間而老化)：失效個(gè)數(shù)/正常個(gè)數(shù)×?xí)r間

r:失效個(gè)數(shù)N：未失效個(gè)數(shù)△t:時(shí)間間隔

元器件失效率參數(shù)由生產(chǎn)廠家提供，應(yīng)按照電子系統(tǒng)的可靠性要求和成本控制要求等選擇使用。

元器件的可靠性用失效率表示，77電子設(shè)備、電子元器件、機(jī)械產(chǎn)品等的失效率一般為：電子設(shè)備、電子元器件、機(jī)械產(chǎn)品等的失效率一般為78浴盤曲線 早期失效期：由于先天不良而導(dǎo)致的失效，如設(shè)計(jì)、制造、貯存等形成的缺陷。 偶然失效期：失效主要由非預(yù)期的過載、誤操作、意外的天災(zāi)等偶然因素引起。 耗損失效期：由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損等耗損原因引起。浴盤曲線 早期失效期：由于先天不良而導(dǎo)致的失效，如設(shè)計(jì)、制79

串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)的任一單元失效就會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖： 假定各單元是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為：（i=1,2,…n） 其中：—系統(tǒng)可靠度—第i單元可靠度 可靠度：在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，一般記為R 串聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)選用失效率低的或集成度高的器件串聯(lián)系統(tǒng)可靠性串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)的任一單元失效就會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效80中北大學(xué)系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)工程問題課件81并聯(lián)系統(tǒng)可靠性

并聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)的所有單元失效才會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖：假定各單元是獨(dú)立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為：式中，--系統(tǒng)可靠度；--第i單元可靠度；--第i單元不可靠度重要部件與電路應(yīng)采用可靠性并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并聯(lián)系統(tǒng)可靠性并聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)的所有單元失效才會導(dǎo)致82中北大學(xué)系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)工程問題課件83

定義：在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)所選用的電路形式、元器件、可靠性結(jié)構(gòu)模型、工作環(huán)境、工作應(yīng)力以及過去積累的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推測產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平，共三種可靠性預(yù)計(jì)方法：

(1)有源器件法：按設(shè)備為完成規(guī)定功能所需的串聯(lián)有源器件的數(shù)目預(yù)計(jì)設(shè)備失效的方法。

(2)元器件計(jì)數(shù)法：根據(jù)組成設(shè)備的各類元器件的通用失效率及其使用數(shù)量，來預(yù)計(jì)設(shè)備失效率的方法。

(3)元器件應(yīng)力分析法：是考慮了溫度、電應(yīng)力、環(huán)境條件、元器件選用及電路等情況對元器件失效率的影響，先預(yù)計(jì)各個(gè)元器件在上述諸因素影響下的失效率，然后再預(yù)計(jì)設(shè)備總的失效率的一種方法，此方法較精確，可滿足工程設(shè)計(jì)要求?？煽啃灶A(yù)計(jì)定義：在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)所選用的電路形式、元器件84系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：

在現(xiàn)有元器件水平的基礎(chǔ)上，從設(shè)備或系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、元器件選用、降額設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及維修性設(shè)計(jì)等各方面，采取各種措施，在質(zhì)量、體積、性能、費(fèi)用、研制時(shí)間等因素的綜合權(quán)衡下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)既定的可靠性指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：85

（1）元器件正確選用、篩選 盡量選用經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證，現(xiàn)場試用，可靠性高的通用元器件。 元器件的使用：近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件選擇不當(dāng)或使用有誤?？煽啃栽O(shè)計(jì)技術(shù) （1）元器件正確選用、篩選可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)86

質(zhì)量等級：是指元器件裝機(jī)使用之前，在制造、試驗(yàn)及篩選過程中其質(zhì)量的控制等級。它對元器件的失效率有很大的影響。國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國軍標(biāo)（GJB）、“七?！保≦ZJ）、電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（SJ）執(zhí)行元器件的質(zhì)量等級質(zhì)量等級：是指元器件裝機(jī)使用之前，在制造、試驗(yàn)及87元器件的選擇與控制目的保證元器件的性能、質(zhì)量等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；保證暢通的采購渠道、穩(wěn)定的貨源；減少品種；降低采購費(fèi)用；正確的使用。選擇控制的總原則元器件的技術(shù)性能、質(zhì)量等級、使用條件等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；優(yōu)先選用經(jīng)實(shí)踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應(yīng)渠道可靠的標(biāo)準(zhǔn)元器件；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)最大限度地壓縮元器件的品種、規(guī)格及其生產(chǎn)廠點(diǎn)；要嚴(yán)格控制新研元器件的使用。元器件的選擇與控制目的88（2）降額設(shè)計(jì)降額：使元器件在低于其額定值的應(yīng)力條件下工作。（2）降額設(shè)計(jì)降額：使元器件在低于89降額設(shè)計(jì)概念降額設(shè)計(jì)概念與目的降額設(shè)計(jì)就是使元器件或設(shè)備工作時(shí)承受的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谠骷蛟O(shè)備的額定值；降低基本故障率、提高使用可靠性的目的；降額主要因素：電應(yīng)力和溫度降額設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：降額的程度與效果；降額等級Ι級降額：50%Π級降額：60%Ш級降額：70%降額設(shè)計(jì)概念降額設(shè)計(jì)概念與目的90降額準(zhǔn)則說明

電阻一般從功率角度降額，電容從壓降，二極管從反向擊穿電流，集成芯片從頻率等角度。降額可提高可靠性，但要綜合考慮可靠性、體積、重量和費(fèi)用等問題，一般參照GJB/Z-35《元器件降額準(zhǔn)則》。降額準(zhǔn)則說明電阻一般從功率角度降額，電容從壓91（3）熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則：降低熱源合理布局有效散熱（4）電磁兼容性設(shè)計(jì) 屏蔽 濾波 接地

（3）熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則：降低熱源92 （5）漂移設(shè)計(jì)：由于元器件的性能參數(shù)會隨時(shí)間而發(fā)生緩慢變化-漂移。為防止漂移失效，即要選擇參數(shù)穩(wěn)定的元器件，并添加溫度補(bǔ)償電路，又要經(jīng)濟(jì)合理。 （6）三防設(shè)計(jì)：三防：防潮濕、防鹽霧、防霉菌。①防潮：防水處理、灌封處理、塑料封裝、金屬封裝。②防鹽霧：電鍍、表面涂敷。③防霉菌：密封滅菌、放干燥劑、降低環(huán)境相對濕度、紫外線輻照、表面涂防霉劑。 （7）冗余設(shè)計(jì)： 冗余設(shè)計(jì)：額外附加一些裝置或手段，即使其中某一部分出現(xiàn)了故障，但作為整體仍能正常工作的一種設(shè)計(jì)。 （5）漂移設(shè)計(jì)：由于元器件的性能參數(shù)會隨時(shí)間而發(fā)生緩慢變93

（8）維修性設(shè)計(jì)：電子設(shè)備一般都是可修復(fù)產(chǎn)品。不但要求少出故障，而且要求一旦出了故障時(shí)能很快修復(fù)。維修性設(shè)計(jì)幾個(gè)考慮方面：易裝易拆、易檢查易校準(zhǔn)易恢復(fù)、互換性好等。

（9）人為因素設(shè)計(jì) 人機(jī)交互界面友好，操作簡單、便利、自動化程度高，軟件增加抗干擾設(shè)計(jì)。 （8）維修性設(shè)計(jì)：94工藝結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì) 1)隔振和緩沖電子設(shè)備在運(yùn)輸，發(fā)射或外跌落等過程中將承受不同程度的振動與沖擊力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和大質(zhì)量元件安裝須考慮專門的隔振與緩沖。常用的有橡膠減振器和金屬彈簧減振器。

2)防腐蝕設(shè)計(jì)電子設(shè)備接觸大氣、土壤、海水等，都將產(chǎn)生不同程度的腐蝕，特別是長期處于鹽霧、酸霧、高溫下工作的電子設(shè)備，以及在野外、地下長年工作的無人值守的電子設(shè)備，其電子元件和結(jié)構(gòu)都應(yīng)考慮采取防護(hù)設(shè)計(jì)。通常采用表面涂覆、鍍層、防銹油、密封、灌封等方法。工藝結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì) 1)隔振和緩沖95 3)防塵、防爆電子設(shè)備中的開關(guān)、繼電器、電刷等帶觸點(diǎn)部分的元件，染塵后將影響性能，對這一類有特殊要求的電子設(shè)備，通常對整機(jī)作全封閉處理。 3)防塵、防爆965.5印制電路板的設(shè)計(jì)與裝配PCB的基本知識

印刷電路板也稱PCB板,它是在敷銅板上用腐蝕的方法除去多余的銅箔、保留必要的銅箔作為導(dǎo)體而得到的可焊接電子元件的電路板。腐蝕后留下的可焊接元件的銅箔電路絕緣基板其分為：單面板雙面板多層板5.5印制電路板的設(shè)計(jì)與裝配PCB的基本知識腐蝕后留下的可97印制電路板功能1：提供集成電路等元器件固定、裝配的機(jī)械支撐2：實(shí)現(xiàn)集成電路等元器件之間的布線、電氣連接（信號傳輸）或電絕緣，提供所要求的電氣特性，如阻抗、容抗等等3：為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件檢查、維修提供識別圖形標(biāo)準(zhǔn)

按材質(zhì)類型分類：1、剛性印刷板2、柔性印刷板印制電路板功能1：提供集成電路等元器件固定、裝配的機(jī)械支撐按98電路板的層（Layer）

電路板層為銅箔層,如下：其分為：單面板雙面板多層板頂層Top過孔Via底層Bottom中間層Mid絕緣層多層板電路板的層（Layer）電路板層為銅箔層,99各種膜（Mask）

焊盤阻焊膜（SolderMask）絲印膜（Silkscreen）助焊膜（PastMask）各種膜（Mask）焊盤阻焊膜（Solder100原理圖繪制 在設(shè)計(jì)PCB印制板前需先行繪制原理圖，保證不會出現(xiàn)電路原理上的錯(cuò)誤，是PCB的原理映射。原理圖繪制的基本原則：（1）符合人的讀圖習(xí)慣（2）盡量體現(xiàn)出電路原理方面的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，容易理解（圖形文件）（3）符合一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)原理圖中的幾個(gè)要素：（1）元件：元件標(biāo)號、參數(shù)、型號和封裝等（2）連線：細(xì)線、總線等（3）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號（4）注釋原理圖繪制 在設(shè)計(jì)PCB印制板前需先行繪制原理圖，保證不會101原理圖設(shè)計(jì)原理圖繪制的步驟與考慮（1）布局

1）電路主要部分布在圖紙的中間部分，次要部分布在圖紙的周圍

2）以信號的流程為導(dǎo)向，從左到右、從上到下排列

3）屬于同一電路單元內(nèi)的元件集中放置

4）整個(gè)圖紙布局要相對勻稱，清晰5）特殊元件的位置要體現(xiàn)出元件的功能和要求，并增加注釋（2）布線

橫平豎直，減少交叉，便于視線追蹤對于相同性質(zhì)的多根連線使用總線連接對于連接距離比較長的連線用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號連接原理圖設(shè)計(jì)原理圖繪制的步驟與考慮102印制電路板基本知識(PCB)1)基材，可分為剛性覆銅箔板、復(fù)合材料基板和特殊基板三種。2)過孔，作用上看過孔分成兩類：一是用做各層間的電氣連接；二是用做器件的固定或定位。工藝制程上看分為三類，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)。盲孔位于印制電路板的頂層和底層表面，具有一定的深度，用于表層線路和內(nèi)層線路的連接。埋孔是指位于印制電路板內(nèi)層的連接孔，其不會延伸到電路板的表面。上述兩類孔都位于電路板的內(nèi)層。通孔則穿過整個(gè)電路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。印制電路板基本知識(PCB)1)基材，可分為剛性覆銅箔板、103印制電路板基本知識3)導(dǎo)線

(1)導(dǎo)線寬度，導(dǎo)線寬度應(yīng)盡可能選擇寬，須考慮電流負(fù)荷和阻抗匹配。

(2)導(dǎo)線間距，最小間距主要考慮信號頻率、電壓等因素，一般有安全間距。4)焊盤，固定元器件的引腳

(1)焊盤尺寸，焊盤尺寸與引腳尺寸、布線寬度有關(guān)。

(2)焊盤形狀，焊盤主要由圓形、方形、橢圓形等。印制電路板基本知識3)導(dǎo)線104印制電路板基本知識5）PCB版的制作流程：

設(shè)計(jì)PCB板圖、光繪成正像膠片、準(zhǔn)備敷銅板、上保護(hù)油墨、曝光、清洗、腐蝕、上阻焊油墨、曝光、清洗、印字符、上助焊劑印制電路板基本知識5）PCB版的制作流程：105PCB的設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)工具：Protel（Powerpcb、Cadence）

二、設(shè)計(jì)過程：

PCB板的設(shè)計(jì)可分為設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、網(wǎng)絡(luò)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查和輸出8個(gè)步驟。

1)印制電路板設(shè)計(jì)準(zhǔn)備（封裝文件）。

(1)標(biāo)準(zhǔn)元件的建立(2)特殊元件的建立(3)具體設(shè)計(jì)文件的建立。

2)網(wǎng)絡(luò)表輸入。

3)規(guī)則設(shè)置(重點(diǎn)分層設(shè)計(jì))

PCB的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)工具：Protel（Powerpcb、106PCB分層設(shè)計(jì)原則（了解）【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘頻率超過10MHz，或信號上升時(shí)間小于5ns時(shí)，推薦用多層板?！驹矸治觥浚憾鄬影蹇珊芎玫乜刂菩盘柣芈访娣e。Pin密度>1.00.6-1.00.4-0.60.3-0.40.2-0.3<0.2信號層數(shù)2246810板層數(shù)246812>14

板面積（平方英寸）Pin密度=—————————

（板上管腳總數(shù)/14）PCB分層設(shè)計(jì)原則（了解）【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘頻率超過10MH107【設(shè)計(jì)原則】：在單、雙層板中，電源走線附近最好有地線與其緊鄰、平行走線?！驹矸治觥浚簻p小電源電流回路面積?！痢獭驹O(shè)計(jì)原則】：在單、雙層板中，電源走線附近最好有地線與其緊鄰108【設(shè)計(jì)原則】：分層設(shè)計(jì)時(shí)，避免布線層相鄰。如無法避免，拉大兩布線層間距，縮小布線層與其信號回路層間距?！驹矸治觥浚合噜彶季€層上的平行信號走線會導(dǎo)致信號串?dāng)_?！痢安季€層1”與“布線層2”不宜相鄰【設(shè)計(jì)原則】：分層設(shè)計(jì)時(shí)，避免布線層相鄰。如無法避免，拉大兩109【設(shè)計(jì)原則】：相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊?！驹矸治觥浚和队爸丿B時(shí)，層層間耦合電容致層間噪聲耦合。投影重疊區(qū)域等效圖√【設(shè)計(jì)原則】：相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。投影重疊區(qū)域√1104)PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB布局，沿信號流向直線放置原則，避免來回環(huán)繞。【原理分析】：避免信號直接耦合，影響信號質(zhì)量。×√4)PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB布局，沿信號流向直線放111【設(shè)計(jì)原則】：多個(gè)模塊在同一板子時(shí)，數(shù)/模、高速/低速等分開布局?！驹矸治觥浚罕苊鈹?shù)/模、高速/低速電路的串?dāng)_?！驹O(shè)計(jì)原則】：多個(gè)模塊在同一板子時(shí)，數(shù)/模、高速/低112【設(shè)計(jì)原則】：PCB上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，遵從下圖布局原則。【原理分析】：避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射?！驹O(shè)計(jì)原則】：PCB上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，遵從下圖布113【設(shè)計(jì)原則】：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的in/out端、風(fēng)扇、繼電器）附近應(yīng)放置儲能和高頻濾波電容?！驹矸治觥浚簝δ茈娙莸拇嬖诳梢詼p小大電流的回路面積?！驹O(shè)計(jì)原則】：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的i114【設(shè)計(jì)原則】：PCB板接口電路的濾波、防護(hù)及隔離器件應(yīng)靠近接口放置?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)、濾波和隔離效果好?！蘕【設(shè)計(jì)原則】：PCB板接口電路的濾波、防護(hù)及隔離器件應(yīng)靠近接115【設(shè)計(jì)原則】：接口處有濾波和防護(hù)電路，應(yīng)先防護(hù)，后濾波?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)電路用來進(jìn)行外部過壓和過流抑制，如果防護(hù)電路放置濾波電路之后，濾波電路可能會過壓、過流損壞?！驹O(shè)計(jì)原則】：接口處有濾波和防護(hù)電路，應(yīng)先防護(hù)，后濾波。116【設(shè)計(jì)原則】：晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件離PCB接口連接器≥1000mil。(敏感電路或器件同樣適用)【原理分析】：干擾會直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向外輻射?！驹O(shè)計(jì)原則】：晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件離PCB接口117【設(shè)計(jì)原則】：IC濾波電容應(yīng)靠近芯片供電管腳?！驹矸治觥浚弘娙蓦x管腳越近，高頻回路面積越小，輻射越小?！獭痢驹O(shè)計(jì)原則】：IC濾波電容應(yīng)靠近芯片供電管腳?！獭?18【設(shè)計(jì)原則】：對始端串聯(lián)匹配電阻，應(yīng)靠近其信號輸出端放置?！驹矸治觥浚菏级舜?lián)匹配電阻的設(shè)計(jì)原理是ZS＋RS＝Z0，如果

Rs遠(yuǎn)離輸出端，則ZS＋RS≠Z0，起不到匹配效果。主要針對長距離傳輸【設(shè)計(jì)原則】：對始端串聯(lián)匹配電阻，應(yīng)靠近其信號輸出端放置。主119【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線，例如：時(shí)鐘線，與總線的粗細(xì)應(yīng)一致?！驹矸治觥浚捍旨?xì)不一致時(shí)，走線阻抗突變，導(dǎo)致信號發(fā)射，從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強(qiáng)烈的EMI輻射。GND晶振R強(qiáng)烈的EMI源【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線，例如：時(shí)鐘線，與總線的粗細(xì)應(yīng)一致。120【設(shè)計(jì)原則】：差分信號線應(yīng)同層、等長、并行走線，保持阻抗一致，差分線間無其它走線?！驹矸治觥浚罕ＷC差分線對的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力?！驹O(shè)計(jì)原則】：差分信號線應(yīng)同層、等長、并行走線，保持阻抗一121【設(shè)計(jì)原則】：單板上濾波器（濾波電路）下方?jīng)]有無關(guān)信號走線?！驹矸治觥浚悍植茧娙輹魅鯙V波器的濾波效果?！痢驹O(shè)計(jì)原則】：單板上濾波器（濾波電路）下方?jīng)]有無關(guān)信號走線。122【設(shè)計(jì)原則】：單面板或雙面板，電源線走線很長，每隔3000mil

對地加去耦電容（10uF＋1000pF）?！驹矸治觥浚簽V除電源線上地高頻噪聲。1mil=0.0254mm

【設(shè)計(jì)原則】：單面板或雙面板，電源線走線很長，每隔3000m123元器件布局注意事項(xiàng)總結(jié) 1、布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時(shí)注意飛線的連接，盡量把有連線關(guān)系的器件放在—起； 2、放置器件時(shí)要考慮將來焊接和裝配時(shí)的便利性，不要太密集；

3、多使用軟件提供的整體排列和編輯功能，以提高布局的效率。元器件布局注意事項(xiàng)總結(jié) 1、布局的首要原則是保證布線的布通124

布線方式有兩種，手工布線和自動布線。通常兩種方法混合使用，可以提高布線的效率。

布線主要注意：

(1)器件引腳間距為0.5mm的板布線時(shí)，常用手工布線方式； （2）電源線的布線應(yīng)盡可能加粗，在空白區(qū)域可以大面積覆銅；（3）高頻信號如差分線，平行走線，輸出到輸入整條線粗細(xì)一致；5)檢查、復(fù)查和印制電路板圖輸出

可利用軟件提供的檢錯(cuò)（DCR） 布線方式有兩種，手工布線和自動布線。通常兩種方法混合使用125PCB的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）熱穩(wěn)定性（2）抗干擾性能（3）機(jī)械強(qiáng)度（4）布線及加工工藝（加工精度和成本）PCB的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）熱穩(wěn)定性126熱穩(wěn)定性（熱設(shè)計(jì)）意義：電子電路對溫度的變化比較敏感（參數(shù)變化），耐受高溫的能力也比較差（燒毀或壽命縮短），所以在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)必須考慮電路板的散熱和電路的熱穩(wěn)定性，使電路在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)都能正常工作。不利因素：印制電路板本身是熱的不良導(dǎo)體；在平面安裝時(shí)不利于熱空氣對流（不透氣）；元件的安裝密度越來越大，體積越來越??；考慮因素：任何電路元件只要通電就會有損耗、就會發(fā)熱，設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)主要是通過合理地安排元件的布局，盡可能有利于散熱和減少溫度的影響。

熱穩(wěn)定性（熱設(shè)計(jì)）意義：電子電路對溫度的變化比較敏感（參數(shù)變127熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

（1）溫度敏感和發(fā)熱量元件大盡量靠近電路板的邊沿安裝；（2）將發(fā)熱元件安裝在高位，溫度敏感元件安裝在低位（3）給發(fā)熱元件、溫度敏感元件下面打散熱孔，解決對流問題。（4）給發(fā)熱元件加裝散熱器（分為自然、風(fēng)冷…..），并使熱量盡可能的排到機(jī)箱外（5）使用導(dǎo)熱硅脂等輔助材料一個(gè)平面安裝的電路板各元件均勻分布且發(fā)熱量相等（稱為均勻熱負(fù)載），則熱平衡后板上溫度分布如圖所示：溫升熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì) （1）溫度敏感和發(fā)熱量元件大盡量靠近電路板1282、抗干擾性能設(shè)計(jì)

（1）干擾敏感元件和干擾源之間拉開距離，并隔離，如導(dǎo)線隔離、元件隔離、電源地線層隔離，布線層隔離；（2）干擾敏感元件和干擾源之間變換方位，避免平行，最好垂直安裝； （3）干擾敏感元件和干擾源之間的頻譜錯(cuò)開，減小帶寬（濾波）；（3）合理進(jìn)行地線層分割，合理選擇接地方式，如數(shù)字模擬地分開等； （4）加寬電源、地線寬度，盡量用大面積接地，做好電源濾波； （5）減少電路板面積，降低信號回路的面積，減少導(dǎo)線長度，盡量使用表面安裝方式（信號不需要穿層）。

2、抗干擾性能設(shè)計(jì)1293、機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）印制板的尺寸不能太大；<200*200mm； （2）印制板的厚度不能太??；>1.0mm；

（3）大尺寸應(yīng)采取加固措施，周邊固定，中間支撐；（4）減小元件重量，重量較大的元件不能安裝在印制板或者專門加固；（5）元件的安裝高