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PCB科技 - 高速PCB設計指南之八:PCB可靠性設計

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高速PCB設計指南之八:PCB可靠性設計

2021-08-19
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Author:IPCB

現時, 電子設備仍在各種電子設備和系統中使用 print預計起飛時間 環行 s as 這個 main assembly method. 實踐證明,即使電路原理圖 設計 是正確的 印刷的 環行 板 不正確 設計ed, 這將對電子設備的可靠性產生不利影響. 例如, 如果兩條細平行線 印刷的 板 靠得很近, 這將導致訊號波形延遲, 傳輸線末端會形成反射雜訊. 因此, 什麼時候 設計ing a公司 印刷的 環行 板, 應注意採用正確的方法.


1 接地線 設計


在電子設備中,接地是控制干擾的重要手段。 如果接地和遮罩能適當地結合使用,大多數干擾問題都能得到解决。 電子設備的接地結構大致包括系統接地、主機殼接地(遮罩接地)、數位接地(邏輯接地)和類比接地。 接地線設計應注意以下幾點:


1、正確選擇單點接地和多點接地;

在低頻電路中,訊號的工作頻率小於1MHz,其佈線與設備之間的電感影響較小,接地電路形成的環流對干擾的影響較大,囙此應採用一點接地。 當訊號工作頻率大於10MHz時,地線阻抗變得非常大。 此時,應盡可能降低地線阻抗,並應使用最近的多個點進行接地。 當工作頻率為1 10MHz時,如果採用單點接地,地線長度不應超過波長的1/20,否則應採用多點接地管道。


2、將數位電路與類比電路分開;

電路板上既有高速邏輯電路,也有線性電路。 它們應盡可能分開,兩者的地線不應混在一起,應連接到電源端子的地線上。 儘量新增線性電路的接地面積。


3、使地線盡可能粗;

如果接地線很細,則接地電位會隨著電流的變化而變化,導致電子設備的定時信號電平不穩定,抗雜訊效能下降。 囙此,接地線應盡可能厚,以便能够通過印刷電路板上的允許電流。 如果可能,地線的寬度應大於3mm。


4、將接地線形成閉合回路;

什麼時候 設計正在對 印刷電路板 composed 屬於 only digital 環行s, 將地線做成閉環可以顯著提高抗雜訊能力. The reason is that 這個re are many integrated 環行 components on the 印刷的 環行 板, 尤其是當有高功耗的組件時, 由於地線厚度的限制, 接地連接處將產生較大的電位差, 這將導致抗雜訊能力降低, 如果接地結構形成回路, 减小電位差,提高電子設備的抗雜訊能力.


2、電磁相容設計

電磁相容性是指電子設備在各種電磁環境中協調有效地工作的能力。 電磁相容性設計的目的是使電子設備能够抑制各種外部干擾,使電子設備能够在特定的電磁環境中正常工作,同時减少電子設備本身對其他電子設備的電磁干擾。


1、選擇合理的線寬。 由於印刷線路上的瞬態電流產生的衝擊干擾主要由印刷線路的電感引起,囙此印刷線路的電感應最小化。 印刷導線的電感與長度成正比,與寬度成反比,囙此短而精密的導線有利於抑制干擾。 時鐘引線、row驅動器或匯流排驅動器的訊號線通常攜帶較大的瞬態電流,並且印刷線應盡可能短。 對於分立元件電路,印製線寬度約為1.5.mm,完全可以滿足要求; 對於集成電路,印刷線寬度可在0.2mm和1.0mm之間選擇。


2、採用正確的佈線策略,採用等間距佈線可以减小導線電感,但導線間的互感和分佈電容會新增。 如果佈局允許,最好使用十字形狀的網格狀佈線結構。 具體方法是將印製板的一側水准放置。 佈線時,另一側垂直佈線,然後在交叉孔處使用金屬化孔進行連接。 為了抑制印刷電路板導體之間的串擾,在設計佈線時,應儘量避免長距離等距離佈線,儘量延長導線之間的距離,儘量不要將訊號線與地線和電源線交叉。 在一些對干擾非常敏感的訊號線之間設定接地列印線可以有效抑制串擾。


為了避免高頻訊號通過印刷線路時產生的電磁輻射,在印刷電路板佈線時應注意以下幾點:


. 儘量減少印刷電線的不連續性,例如,電線的寬度不應突然改變,電線的角應大於90度,以禁止迴圈。

. 時鐘訊號引線最有可能產生電磁輻射干擾。 佈線時,導線應靠近接地回路,驅動器應靠近接頭。

. 公交車司機應靠近要駕駛的公交車。 對於那些離開印刷電路板的導線,驅動器應靠近連接器。

. 數据總線的接線應在每兩根訊號線之間夾一根訊號地線。 最好將接地回路放在最不重要的地址引線旁邊,因為後者通常攜帶高頻電流。

. 在印刷電路板上佈置高速、中速和低速邏輯電路時,設備應按圖1所示的管道佈置。


3、反射干擾的抑制為了抑制出現在印刷線路終端的反射干擾,除特殊需要外,印刷線路的長度應盡可能縮短,並應使用慢電路。 必要時可以添加端子匹配,即在傳輸線的末端添加一個相同電阻的匹配電阻器到接地和電源端子。 根據經驗,對於一般更快的TTL電路,當印刷線路長度超過10cm時,應採取端子匹配措施。 匹配電阻的電阻值應根據集成電路的輸出驅動電流和吸收電流的最大值來確定。


3、去耦電容器配寘

在直流電源回路中,負載的變化會引起電源雜訊。 例如,在數位電路中,當電路從一種狀態變為另一種狀態時,電源線上會產生較大的尖峰電流,形成瞬態雜訊電壓。 去耦電容器的配寘可以抑制負載變化產生的雜訊,這是印刷電路板可靠性設計中的常見做法。 配寘原則如下:


. 在電源輸入端連接一個10-100uF電解電容器。 如果印刷電路板的位置允許,使用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。

. 為每個集成電路晶片配寘一個0.01uF陶瓷電容器。 如果印刷電路板空間小且無法安裝,則每4-10個晶片可配置1-10uF鉭電解電容器。 該裝置的高頻阻抗特別小,在500kHz-20MHz範圍內,阻抗小於1Ω。 洩漏電流很小(小於0.5uA)。

. 對於雜訊能力弱、關斷時電流變化大的器件以及ROM、RAM等存儲器件,應在晶片的電源線(Vcc)和接地(GND)之間直接連接去耦電容器。

. 去耦電容器的引線不能太長,尤其是高頻旁路電容器。


第四,印刷電路板的尺寸和設備的佈局

印刷電路板的尺寸應適中。 當它太大時,列印線會很長,阻抗會新增,這不僅會降低抗噪性,而且會新增成本。

在器件佈局方面,與其他邏輯電路一樣,相互關聯的器件應盡可能靠近,以獲得更好的抗雜訊效果。 如圖2所示。 時間發生器、晶體振盪器和CPU的時鐘輸入都容易產生雜訊,囙此它們應該更靠近彼此。 非常重要的是,易受雜訊影響的設備、低電流電路和高電流電路應盡可能遠離邏輯電路。 如果可能,應製作單獨的電路板。 這非常重要。


五、熱設計

從有利於散熱的角度來看,印刷板最好直立安裝,板與板之間的距離不應小於2cm,印刷板上設備的佈置應遵循一定的規則:


對於使用自由對流空氣冷卻的設備,最好縱向佈置集成電路(或其他設備),如圖3所示; 對於使用強制風冷的設備,最好水準佈置集成電路(或其他設備),如圖4所示。

同一印製板上的設備應盡可能根據其熱值和散熱程度進行佈置。 熱值低或耐熱性差的設備(如小訊號電晶體、小型集成電路、電解電容器等)應在氣流頂部(入口)冷卻,熱值或耐熱性大的設備(如功率電晶體、大型集成電路等)應放置在冷卻氣流的最下游。

在水平方向上,大功率設備應盡可能靠近印製板邊緣,以縮短傳熱路徑; 在垂直方向上,大功率設備應盡可能靠近印製板頂部,以降低其他設備工作時的溫度。 影響

-溫度敏感設備最好放置在最低溫度區域(如設備底部)。 切勿將其直接置於加熱裝置上方。 最好在水平面上錯開多個設備。

設備中印制板的散熱主要依靠氣流,囙此設計時應研究氣流路徑,合理配置器件或印製板。 當空氣流動時,它總是傾向於在低阻力的地方流動,囙此在印刷電路板上配寘設備時,避免在特定區域留下較大的空間。 整機中多塊印刷電路板的配寘也應注意同一問題。

大量的實踐經驗表明,採用合理的器件佈置可以有效地降低印刷電路的溫昇,使器件和設備的故障率大大降低。

以上只是印刷電路板可靠性設計的一些一般原則。 印刷電路板的可靠性與特定電路密切相關。 在設計中,為了最大限度地保證列印,無需根據具體電路進行相應的處理。 電路板的可靠性。


第六,產品干擾抑制方案

1接地


1.1裝置的訊號接地

目的:為設備中的任何訊號提供公共參攷電位。

方法:設備的訊號接地系統可以是金屬板。


1.2訊號基本接地管道

訊號接地有3種基本管道:浮地、單點接地和多點接地。


1.2.1浮地用途:將電路或設備與可能導致迴圈電流的公共接地線隔離。 浮動接地還可以方便地協調不同電位的電路。 缺點:容易積聚靜電,產生强靜電放電。 折衷的解決方案:連接一個放氣電阻器。


1.2.2單點接地:線路上僅定義一個物理點作為接地參考點,所有接地均需在此連接。 缺點:不適合高頻場合。


1.2.3多點接地管道:所有需要接地的點直接連接到離其最近的接地層上,使接地線的長度最短。 缺點:維修麻煩。


1.2.4混合接地根據需要選擇單點接地和多點接地。


1.3訊號接地線處理(搭接)

鍵合是在兩個金屬點之間建立低阻抗路徑。

有直接重疊法和間接重疊法。

無論採用哪種圈速方法,最重要的是要強調良好的圈速。


1.4設備接地(接地)


設備與大地相連,以大地為參考點,目的是:

1)實現設備的安全接地

2)排空主機殼上累積的電荷,以避免設備內部放電。

3)連接的高壓設備的工作穩定性,避免設備在外部電磁環境作用下對地電位的變化。

1.5拉接地和接地電阻接地棒的方法。

1.6電氣設備接地


2遮罩


2.1電場遮罩


2.1.1分佈電容間電場遮罩耦合機理處理方法:

1)新增A和B之間的距離。

2)B盡可能靠近接地板。

3)在a和B之間插入一個金屬遮罩。

2.1.2電場遮罩設計要點:

1)遮罩板程式設計控制被保護對象; 遮罩板必須接地良好。

2)注意遮罩板的形狀。

3)遮罩板應為良導體,厚度不要求,强度應足够。

2.2磁場遮罩

2.2.1磁場遮罩機理


高磁導率資料的低磁阻起到了磁分流器的作用,從而大大降低了遮罩中的磁場。


2.2.2磁場遮罩設計要點

1)使用高滲透性資料。

2)新增護罩的壁厚。

3)遮罩物體不應靠近遮罩體。

4)注意結構設計。

5)用於强力使用雙層磁遮罩。

2.3電磁場遮罩機理

1)表面的反射。

2)遮罩內部吸收。

2.3.2資料對電磁遮罩的影響

2.4實際電磁遮罩體

ATL公司

七, 電磁相容性設計 inside the product

1印刷電路板設計中的電磁相容性

1.1印刷電路板中常見的阻抗耦合問題數位接地與類比接地分離,接地線加寬。

1.2印刷電路板的佈局

–當混合高速、中速和低速時,注意不同的佈局區域。

有必要將低類比電路和數位邏輯分開。


1.3印刷電路板佈線(單面或雙面)

專用零電壓線,電源線的佈線寬度為1mm。

電源線和地線盡可能靠近,整個印製板上的電源和地線應以“良好”的形狀分佈,以平衡配電線電流。

有必要專業為類比電路提供零伏線路。

為了减少線路之間的串擾,如有必要,可以新增列印線路之間的距離,並且應在線路之間插入一些零伏線路作為隔離。

印刷電路的插頭也應該佈置更多的零伏電線,作為電線之間的隔離。

特別注意電流中導線回路的大小。

如果可能,在控制線的入口處(印刷板上)添加R-C解耦,以消除傳輸中可能出現的干擾因素。

印刷弧上的線寬不應突然改變,電線也不應突然轉彎(90度)。


1.4在印刷電路板上使用邏輯電路的有用建議

無需使用高速邏輯電路。

在電源和接地之間添加去耦電容器。

注意長線傳輸中的波形失真。

使用R-S觸發器作為按鈕和電子電路之間協調的緩衝區。


1.4.1邏輯電路工作時引入的電源線干擾及其抑制方法

1.4.2邏輯電路輸出波形傳輸中的失真

1.4.3按鈕操作與電子電路工作的協調

1.5印刷電路板的互連主要是線路之間的串擾,其影響因素有:

直角佈線

遮罩線

阻抗匹配

長期驅動力


2開關電源設計中的電磁相容性


2.1開關電源對電網導通的干擾與抑制

騷擾來源:

1、非線性流動。

2、電源輸入端主電路中功率電晶體外殼與散熱器之間的輻射耦合產生的傳導共模雜訊。

抑制方法:

1、“微調”開關電壓波形。

在電晶體和散熱器之間安裝一個帶遮罩層的絕緣墊片。

3、在電源輸入電路中添加電源濾波器。


2.2開關電源的輻射干擾與抑制

注意輻射干擾和抑制

抑制方法:

1、儘量減少回路面積。

2、印刷電路板上正負載電流導體的佈局。

3、在二次線整流電路中使用軟恢復二極體或將聚酯薄膜電容器與二極體並聯。

4、“微調”電晶體開關波形。


2.3降低輸出雜訊原因是二極體反向電流

急劇變化和回路分佈電感。 二極體結電容形成高頻衰减振盪,濾波電容的等效串聯電感减弱濾波效果。 囙此,解决輸出波中尖峰干擾的方法是添加一個小電感和一個高頻電容。


3裝置內部接線

3.1線間電磁耦合及抑制方法

與磁場的耦合:

1、减少干擾和敏感電路回路面積的最佳方法是使用雙絞線和遮罩線。

2、新增線間距(减少互感)。

3、儘量使干擾源線與感應線成直角接線。

對於電容耦合:

1、新增線間距。

2、遮罩層接地。

3、降低敏感線路的輸入阻抗。

4、如果可以使用平衡電路作為敏感電路的輸入,則使用平衡電路固有的共模抑制能力來克服干擾源對敏感電路的干擾。


3.2一般接線方法:

根據功率等級,不同等級的電線應分開捆紮,分開的線束之間的距離應為50~75mm。


4遮罩電纜接地

4.1常用電纜

雙絞線在100KHz以下使用時非常有效,並且由於特性阻抗不均勻以及在高頻下產生的波形反射而受到限制。

使用遮罩雙絞線時,訊號電流在兩根內部導線上流動,雜訊電流在遮罩層中流動,囙此消除了公共阻抗的耦合,同時會對兩根導線產生任何干擾,以消除雜訊。

非遮罩雙絞線抵抗靜電耦合的能力較差。 但它在防止磁場感應方面仍有很好的效果。 非遮罩雙絞線的遮罩效果與每組織長度導線的撚度成正比。

同軸電纜具有更均勻的特性阻抗和更低的損耗,囙此從真實電流到極高頻率都具有更好的特性。

非遮罩帶狀電纜。

最好的接線方法是在訊號和接地之間交替。 第二種方法是一個接地、兩個訊號和一個接地,依此類推,或一個專用接地層。


4.2電纜遮罩層接地

總之,直接將負載接地的方法是不合適的,因為兩端接地的遮罩層為磁感應接地回路電流提供了分路,從而降低了磁場遮罩效能。


4.3電纜的端接方法

在高要求的場合,應為內部導體提供完整的360°封裝,並應使用同軸連接器以確保電場遮罩的完整性。


5防靜電保護

靜電放電可以通過3種方式進入電子電路:直接傳導、電容耦合和電感耦合。

直接對電路進行靜電放電通常會損壞電路。 通過電容或電感耦合向相鄰物體放電會影響電路的穩定性。


保護方法:

1、建立完整的遮罩結構,帶有接地的金屬遮罩外殼可將放電電流釋放到地面。

2、金屬外殼接地會限制外殼電位的上升,導致內部電路與外殼之間放電。

3、如果內部電路要連接到金屬外殼上,應使用單點接地,以防止放電電流流過內部電路。

4、在電纜入口新增保護裝置。

5. Add a protective ring at the entrance 屬於 the 印刷的 ((該環與接地端子相連)).