電(diàn)子元(yuán)器件電路(lù)布局的可靠性設計--跳(tiào)線

    9. 6.1 電子線路(lù)的可(kě)靠性(xìng)設計(jì)原則
    采用各種(zhǒng)電子元(yuán)器件(jiàn)進行系(xì)統或整機(jī)線路設(shè)計時，設(shè)計師(shī)不僅必須(xū)考(kǎo)慮(lǜ)如何實現(xiàn)規定(dìng)的功能，而且應該考(kǎo)慮采(cǎi)用何(hé)種(zhǒng)設計方案才能(néng)充分發(fā)揮元器(qì)件固有(yǒu)可靠性的潛力(lì)，提高(gāo)系統(tǒng)或整(zhěng)機的可(kě)靠性水平。這(zhè)就是通常(cháng)所(suǒ)說(shuō)的可靠性(xìng)設計(jì)。
    電子線路(lù)的可靠性設計是一個内容相(xiàng)當廣泛而具體(tǐ)的問(wèn)題，采(cǎi)用不(bú)同類型(xíng)的器件或者(zhě)要實(shí)現不(bú)同的電路功能(néng)，都會(huì)有不同的(de)可(kě)靠性設計考慮。這裏(lǐ)首先給(gěi)出電子線(xiàn)路可(kě)靠性(xìng)設計的一(yī)些基本原(yuán)則，在(zài)8.6.2節再給出幾種(zhǒng)具體電路的設(shè)計規(guī)則(zé)。
    1. 簡化設(shè)計
由于可靠性(xìng)是電路複雜性(xìng)的函數(shù)，降低電路的(de)複雜(zá)性可(kě)以相應的(de)提高(gāo)電路的可靠性(xìng)，所以，在(zài)實現規定(dìng)功(gōng)能的前提(tí)下，應盡量使電路結(jié)構簡單，最(zuì)大限(xiàn)度的(de)減少(shǎo)所用元器件的(de)類型和(hé)品種，提高元器件的複(fú)用率。這是(shì)提高(gāo)電路可靠性的一種(zhǒng)簡單(dān)而實(shí)用(yòng)的方法(fǎ)。
簡化(huà)設計的具體方(fāng)案可(kě)以根據實際情況(kuàng)來定，一般使(shǐ)用的方法(fǎ)有(yǒu)：
    (1)多個通道共用一(yī)個電路或器件。
    (2)在保證實現規定(dìng)功能指(zhǐ)标的前(qián)提(tí)下，多(duō)采用(yòng)集成電路(lù)，少采用分(fèn)立器(qì)件，多(duō)采用(yòng)規模(mó)較大的集成電(diàn)路，少(shǎo)采用(yòng)規模(mó)較小(xiǎo)的集(jí)成電(diàn)路。集成度的提(tí)高可以減(jiǎn)少元(yuán)器件之間(jiān)的連(lián)線、接點以及封裝的數目，而這(zhè)些連接點(diǎn)的(de)可(kě)靠性常常是造(zào)成電路(lù)失效的主要(yào)原因。
    (3)在邏(luó)輯電路的設計(jì)中，簡化設計的(de)重點應該放在(zài)減少(shǎo)邏(luó)輯(jí)器件(jiàn)的數目，其(qí)次才(cái)是(shì)減少(shǎo)門或輸(shū)入端的數目。因爲一般而(ér)言，與(yǔ)減少電(diàn)路(lù)的複(fú)雜度(dù)相比較，提高(gāo)電路的集成(chéng)度對于提高系統可靠(kào)性的效(xiào)果更爲明顯。
    (4)多(duō)采用标準化、系(xì)列化(huà)的元器件(jiàn)，少采用(yòng)特殊的或未經定型和(hé)考驗的元(yuán)器件(jiàn)。
    (5)能用(yòng)軟件完成(chéng)的功能，不要用(yòng)硬件實(shí)現。
    (6)能用數字電路(lù)實現(xiàn)的功(gōng)能，不(bú)要用模拟電(diàn)路完成，因爲數(shù)字電路(lù)的可靠性(xìng)和标(biāo)準化(huà)程度(dù)相對(duì)較高。但是(shì)，有時模拟電(diàn)路的功(gōng)能用數(shù)字(zì)電路(lù)實現(xiàn)會(huì)導緻器(qì)件數目的(de)明顯增加，這(zhè)時(shí)就要(yào)根據(jù)具體情況統籌考(kǎo)慮，力求(qiú)選用最(zuì)佳(jiā)方案(àn)。
    在簡(jiǎn)化設計時(shí)應注意三(sān)點：：一是減少元(yuán)器件(jiàn)不會導緻(zhì)其它(tā)元器件承受應(yīng)力的增加(jiā)，或者對其它元器件(jiàn)的性能要求更加(jiā)苛刻(kè)；二是在(zài)用一種(zhǒng)元(yuán)器件(jiàn)完成多種功能(néng)時，要确認該種器件(jiàn)在性能指(zhǐ)标(biāo)和可靠性方(fāng)面是(shì)否能夠同(tóng)時滿足(zú)幾(jǐ)個方(fāng)面的要求(qiú)；三是爲滿(mǎn)足(zú)系統安全性、穩(wěn)定性、可(kě)測性、可維(wéi)修性或降(jiàng)額和(hé)冗餘(yú)設計等的要求(qiú)所增(zēng)加的電路(lù)或元(yuán)器件(jiàn)不能(néng)省略(luè)。
    2. 低功(gōng)耗設計
    電子系(xì)統向(xiàng)着小(xiǎo)型化(huà)和高密度化發(fā)展，使得其(qí)内部熱功(gōng)率密度增(zēng)加(jiā)，可(kě)靠性随之降低(dī)。降低電(diàn)路(lù)的功耗，是(shì)減少系統(tǒng)内(nèi)部溫升(shēng)的主(zhǔ)要途徑(jìng)。這(zhè)可以(yǐ)從兩(liǎng)方(fāng)面(miàn)着手(shǒu)，一是(shì)盡量采用低功(gōng)耗(hào)器件，如在滿足工作速(sù)度的情況下，盡(jìn)量采用(yòng)cmos電(diàn)路。而(ér)不用ttl電(diàn)路；二是(shì)在完(wán)成規定功(gōng)能的前(qián)提(tí)下，盡(jìn)量簡(jiǎn)化邏(luó)輯電(diàn)路，并更多(duō)的讓軟件(jiàn)來完(wán)成硬(yìng)件的功能(néng)，以減(jiǎn)少整(zhěng)機硬件的(de)數量。
    3. 保護電路(lù)設計(jì)
    電子(zǐ)系統(tǒng)在工作中可能會受到各種不(bú)适當應(yīng)力或外界幹(gàn)擾信号(hào)的(de)影響，造成電路工作不正常，嚴(yán)重時會導(dǎo)緻内部(bù)器(qì)件的(de)損壞(huài)。爲此，在電(diàn)路設(shè)計中，有必要根(gēn)據具(jù)體情況設(shè)計必(bì)要的保護(hù)電路。如在(zài)電路(lù)的信号輸入端設計靜電保護(hù)電路(lù)，在(zài)電源輸(shū)入端(duān)設(shè)計(jì)浪湧幹(gàn)擾(rǎo)抑(yì)制電路(lù)，在高(gāo)頻高(gāo)速電(diàn)路中加入噪聲(shēng)抑制或吸收網絡。具(jù)體保護電(diàn)路的形式可參閱本(běn)書有關(guān)章(zhāng)節。
    4. 靈敏度(dù)分析(xī)
    組成(chéng)電(diàn)子系統(tǒng)的各(gè)個(gè)電(diàn)路對(duì)于系(xì)統可靠性(xìng)的貢(gòng)獻并(bìng)不(bú)相(xiàng)同，而組成(chéng)電路的各個元(yuán)器件(jiàn)對于該電路可(kě)靠性的貢獻也(yě)不會(huì)一樣。常常(cháng)會有這樣(yàng)的情況，某(mǒu)個元器件(jiàn)的參數退化嚴(yán)重，但對(duì)電(diàn)路性(xìng)能的影響(xiǎng)甚微；而另一個元器件稍有(yǒu)變(biàn)化，就(jiù)對電(diàn)路性能産(chǎn)生顯著影響。這是因爲一個(gè)元(yuán)器件對于(yú)電路可靠(kào)性的影響(xiǎng)（或一個(gè)子電路對于(yú)系統(tǒng)可靠(kào)性的影響）不僅(jǐn)取決于(yú)該元器(qì)件（或(huò)子電路）自身的(de)質量，而且取決于該元器(qì)件（或子電路）造成電路（或系統(tǒng)）性能變(biàn)化的靈(líng)敏度。因此，在電路設(shè)計(jì)中，應進(jìn)行靈敏(mǐn)度分析(xī)，确定(dìng)對電(diàn)路性(xìng)能影響顯著的(de)關鍵(jiàn)元器件或(huò)子電路。對(duì)其進(jìn)行重(zhòng)點設計。靈敏度分析(xī)可借助于現有的電(diàn)路模拟器(qì)或邏輯模拟器完成(chéng)。這是提(tí)高電路(lù)可靠性的一個(gè)經濟有效(xiào)的方法。
    5. 基于元器件(jiàn)的穩定參數和(hé)典型特性進行(háng)設計
    電路(lù)設計通常必(bì)須(xū)依據(jù)所選(xuǎn)用器件的(de)參(cān)數指标來進(jìn)行。爲了保(bǎo)證電路的(de)可靠(kào)性，隻(zhī)要可能(néng)，電路性(xìng)能應(yīng)該基于器(qì)件的最穩(wěn)定的(de)參數(shù)來設(shè)計，同(tóng)時應留出一些(xiē)允許變化的餘量。對(duì)于(yú)那些由于工藝離散性(xìng)以及(jí)随時間、溫(wēn)度和其它(tā)環境(jìng)應力(lì)而變(biàn)化的不太穩(wěn)定的性(xìng)能(néng)參數，設(shè)計時(shí)應給予更爲(wèi)寬(kuān)容的限制。對于那些(xiē)不确定的無法控制(zhì)的性(xìng)能參(cān)數(shù)，設計時(shí)不宜采納，否則無法(fǎ)保證電路(lù)的可(kě)靠(kào)性和制(zhì)造的(de)可重(zhòng)複性(xìng)。如果産品手冊中 記(jì)載有所需(xū)的特性曲線圖、外部電路參數(shù)或典型應用電路時(shí)，應盡可能(néng)使用該特(tè)性曲(qǔ)線或(huò)電路(lù)方案(àn)進行(háng)設計。
    6. 均衡設計(jì)
    在設(shè)計一(yī)個(gè)電子系(xì)統時(shí)，總是要先(xiān)将(jiāng)其(qí)分割爲若(ruò)幹個(gè)電路塊，以便完(wán)成不(bú)同的(de)功能。在(zài)系統(tǒng)分割時(shí)，應注意電(diàn)路功(gōng)能和(hé)結構的均(jun1)衡性，這樣(yàng)對提(tí)高系(xì)統可靠性(xìng)有利。這主要體(tǐ)現在兩個方面(miàn)：一是每塊(kuài)電路(lù)的功(gōng)能(néng)應相對(duì)完整，盡量減少(shǎo)各個(gè)電路之間(jiān)的聯接(jiē)，以削弱互連對(duì)電路可(kě)靠性的影響；二(èr)是各(gè)個電(diàn)流所(suǒ)含元器件(jiàn)的數(shù)量不要過于集(jí)中帶來(lái)的(de)不可靠因(yīn)素，同時也(yě)方便了裝(zhuāng)配工(gōng)藝設(shè)計(jì)。
    7. 三次設(shè)計
    三次(cì)設計(jì)包括系(xì)統設計、參(cān)數設(shè)計和容差設計(jì)。系(xì)統設計(jì)是指(zhǐ)一(yī)般(bān)意義上的設(shè)計；參數(shù)設計是利用正(zhèng)交設(shè)計法(fǎ)結合(hé)計算機(jī)輔(fǔ)助設(shè)計，找到(dào)穩定性(xìng)好的合理參數組，是(shì)三(sān)次設計(jì)的核心；容差設計則是在(zài)系統(tǒng)的最佳參數組(zǔ)合确定(dìng)之(zhī)後，合理規劃(huà)組(zǔ)成系(xì)統的各個元器(qì)件的容差(chà)，使産(chǎn)品物美(měi)價廉。采(cǎi)用三次設計方法獲(huò)得(dé)的(de)産品(pǐn)具有高(gāo)的(de)信噪(zào)比，對(duì)于元器件(jiàn)的公差與老化(huà)、工作和環境條(tiáo)件的(de)波動(dòng)變化等具有很強的(de)忍受(shòu)能力(lì)，保證長時(shí)間正常工(gōng)作。因此，在所采(cǎi)用的(de)元(yuán)器件質(zhì)量等級相同的條件下，通過三(sān)次設(shè)計的(de)電路(lù)的可靠性(xìng)明顯(xiǎn)高于未作(zuò)三次(cì)設計的(de)電路。
    8. 冗(rǒng)餘設(shè)計(jì)和降額(é)設(shè)計(jì)
冗(rǒng)餘設計(jì)也稱餘度(dù)設計，它是(shì)在系統或(huò)設備(bèi)中(zhōng)的關鍵(jiàn)電路(lù)部位(wèi)，設計(jì)一種(zhǒng)以上的功(gōng)能通道，當一(yī)個(gè)功能通(tōng)道發生故障(zhàng)時，可用另(lìng)一個(gè)通(tōng)道(dào)代替，從(cóng)而可使局部(bù)故障(zhàng)不影(yǐng)響整(zhěng)個系(xì)統(tǒng)或設備的正常(cháng)工(gōng)作。采(cǎi)用冗(rǒng)餘設(shè)計，使得用相對(duì)低可靠的(de)元器件構(gòu)成可(kě)靠的(de)系統或設備成(chéng)爲可(kě)能。但(dàn)是(shì)，采用冗餘設計會使電(diàn)路的複雜(zá)性以及系(xì)統的體積(jī)、重量、功耗和成(chéng)本增加，一般隻用于(yú)那(nà)些(xiē)安全(quán)性要(yào)求(qiú)非常高而且(qiě)難(nán)以(yǐ)維修的系(xì)統。
9. 可(kě)靠性預計
    爲了(le)驗證可(kě)靠性設(shè)計的(de)效果，根據(jù)系統可靠(kào)性的要求(qiú)，電路(lù)設(shè)計完成(chéng)後，可對(duì)關鍵電(diàn)路的失(shī)效(xiào)率進(jìn)行預計，預計所依據的模(mó)型和方法見(jiàn)國軍标(biāo)gjb299《電子(zǐ)設備可靠性預(yù)計(jì)手冊》。
9.6.2 常(cháng)用集成電(diàn)路(lù)的(de)應用設計規則(zé)
    在電路(lù)設(shè)計時(shí)，除了以上所述(shù)的通用設計原(yuán)則之(zhī)外(wài)，還要根(gēn)據所用器(qì)件的(de)具體(tǐ)情(qíng)況，采用(yòng)不同的(de)設計規(guī)則。下面給出用(yòng)幾種常用集成電路進行電路設計時(shí)應該遵循的(de)一(yī)些規則。這(zhè)些規則所依(yī)據的(de)設計原(yuán)理(lǐ)大多已經在本書的有關章節(jiē)裏予(yǔ)以闡述，這(zhè)裏不(bú)再贅(zhuì)述。
    1. ttl電(diàn)路應(yīng)用(yòng)設計規(guī)則
    (1) 電源
    •穩定性(xìng)應保持(chí)在±5％之内(nèi)；
    •紋波(bō)系數(shù)應小(xiǎo)于5％；
    •電源初級應有射頻旁路。
    (2)去(qù)耦
    •每使用8塊ttl電(diàn)路就應當用一(yī)個0.01~0.1μf的射(shè)頻(pín)電容(róng)器對電源(yuán)電壓(yā)進行(háng)去(qù)耦(ǒu)。去耦電容的(de)位(wèi)置應(yīng)僅可能地(dì)靠近(jìn)集成電路(lù)，二者(zhě)之間的距離應(yīng)在15cm之内。每塊印(yìn)制電路(lù)闆也應(yīng)用一隻容(róng)量更大些的低電感電容器對電源(yuán)進行去耦。電容(róng)器類型的選擇(zé)方法參見8.1.1節。
    (3)輸入信(xìn)号
    •輸入信(xìn)号的(de)脈沖(chòng)寬度(dù)應長于傳播(bō)延(yán)遲時(shí)間，以(yǐ)免出(chū)現反射噪(zào)聲；
    •要(yào)求邏(luó)輯“0”輸(shū)出的器件，其不(bú)使用(yòng)的輸入(rù)端應将(jiāng)其接地或與同(tóng)一門(mén)電路的在(zài)用輸入端(duān)相連；
    •要(yào)求邏輯(jí)“1”輸出(chū)的器件，其不使用的輸入端應(yīng)連接到一個大于2.7v的(de)電壓上。爲了不(bú)增加(jiā)傳輸(shū)延遲時間(jiān)和噪聲敏(mǐn)感(gǎn)度，所接(jiē)電壓不要超過(guò)該電(diàn)路的電壓最(zuì)大額(é)定值5.5v；
    •不(bú)使用的器件，其(qí)所有的輸(shū)入端都應按照使功(gōng)耗最(zuì)低的方法(fǎ)連(lián)接(jiē)，具體的處(chù)理方法可(kě)參閱(yuè)8.1.6節；
    •在(zài)使用低功(gōng)耗肖特(tè)基(jī)ttl電路(lù)時，應保證其輸(shū)入端不出現負電壓，以免電流(liú)流入輸入(rù)箝位(wèi)二極管；
    •時(shí)鍾脈(mò)沖的上升時間(jiān)和下降時(shí)間應(yīng)盡可能的短，以便提(tí)高電(diàn)路的(de)抗幹擾能力；
    •通常時(shí)鍾脈沖處(chù)于高态時(shí)，觸發(fā)器的數據不應(yīng)改變(biàn)。若一(yī)例外，應查(chá)閱有關的(de)數據規範；
    •擴展器應盡(jìn)可能地(dì)靠近被(bèi)擴展的(de)門，擴展器(qì)的節(jiē)點上不(bú)能(néng)有容(róng)性負載；
    •在長信号線的接收端應接(jiē)一個500Ω～1kΩ的上(shàng)拉電阻，以(yǐ)便增(zēng)加噪(zào)聲(shēng)容限和(hé)縮短上升時間(jiān)。
    (4)輸出(chū)信号(hào)
    •集電(diàn)極開路器(qì)件的(de)輸出負載(zǎi)應連接到小(xiǎo)于等于(yú)最大額定值的電壓上，所有其(qí)它器(qì)件的輸(shū)出(chū)負載應連(lián)接到(dào)vcc上；
    •長(zhǎng)信号線應(yīng)該由專門爲其設計(jì)的電路驅(qū)動，如線驅動器(qì)、緩沖(chòng)器等；
    •從線(xiàn)驅動(dòng)器到(dào)接收(shōu)電路(lù)的(de)信号回(huí)路線應是連續的，應采用(yòng)特性(xìng)阻抗約(yuē)爲(wèi)100Ω的同(tóng)軸線或(huò)雙(shuāng)扭線(xiàn)；
    •在長信号(hào)線的(de)驅動端應加一(yī)隻小于(yú)51Ω的串聯(lián)電阻(zǔ)，以(yǐ)便消除(chú)可能出(chū)現的負(fù)過沖。
    (5)并聯應用
    •除三态輸(shū)出門(mén)外，有(yǒu)源上拉門(mén)不得并聯(lián)連接。隻有一(yī)種情況例外，即并聯門的所(suǒ)有輸入端(duān)和輸出端(duān)均(jun1)并(bìng)聯在一起(qǐ)，而且(qiě)這些門(mén)電路封裝在(zài)同一外殼(ké)内；
    •某(mǒu)些ttl電(diàn)路具有集電極(jí)開路(lù)輸出端，允(yǔn)許将幾個(gè)電路的開(kāi)集電(diàn)極輸(shū)出端(duān)連(lián)接在一起，以(yǐ)實現“線與(yǔ)”功能(néng)。但應(yīng)在該(gāi)輸出(chū)端加(jiā)一個上拉(lā)電阻(zǔ)，以(yǐ)便提供(gòng)足夠的驅(qū)動信(xìn)号和(hé)提高(gāo)抗(kàng)幹(gàn)擾能力，上拉電阻的(de)阻(zǔ)值應根(gēn)據該電路的扇(shàn)出能力來确定(dìng)。
    2. cmos電路應(yīng)用設計(jì)規則(zé)
    (1)電(diàn)源(yuán)
    •穩定(dìng)性應保持(chí)在±5％之(zhī)内；
    •紋(wén)波系數應小于5％；
    •電源初級(jí)應有(yǒu)射頻旁(páng)路(lù)；
    •如果(guǒ)cmos電路(lù)自身(shēn)和其(qí)輸入信号(hào)源使用不同的(de)電源，則開機時(shí)應首先接通cmos電源，然(rán)後接通信(xìn)号源，關機(jī)時應該首先(xiān)關閉信(xìn)号源，然後(hòu)關閉(bì)cmos電源。 
    (2)去耦
    •每使(shǐ)用10～15塊cmos電路就應當用(yòng)一個0.01~0.1μf的射(shè)頻電容器對電源電壓(yā)進(jìn)行去(qù)耦。去(qù)耦電容的(de)位置應(yīng)僅可能(néng)地靠近集成電(diàn)路，二者之間的距(jù)離(lí)應(yīng)在(zài)15之内。每塊印制電路闆也(yě)應(yīng)用一隻容量(liàng)更(gèng)大些的(de)低電感電容器對電源進行去(qù)耦。
    (3)輸(shū)入信号(hào)
    •輸(shū)入信(xìn)号電壓的(de)幅度應限制在cmos電路電源電壓(yā)範圍之内，以免引發闩鎖；
    •多餘(yú)的輸入(rù)端(duān)在任(rèn)何情況(kuàng)下都不(bú)得懸空，應适當的連(lián)接到cmos電路(lù)的電壓正(zhèng)端或負端上(shàng)；
    •當cmos電路(lù)由ttl電路(lù)驅動時(shí)，應該(gāi)在cmos電路的(de)輸入(rù)端與vcc之間(jiān)連一個上拉(lā)電阻；
    •在非穩态和(hé)單穩态多諧振(zhèn)蕩器等應(yīng)用中，允許(xǔ)cmos電路有一(yī)定的(de)輸(shū)入(rù)電流(liú)（通過(guò)保護(hù)二極(jí)管），但應(yīng)在(zài)其輸(shū)入加(jiā)接一隻串(chuàn)聯電阻，将(jiāng)輸入(rù)電流限(xiàn)制在微(wēi)安級的(de)水(shuǐ)平上(shàng)。
    (4) 輸出(chū)信(xìn)号
    •輸出(chū)電壓(yā)的幅(fú)度應限制在cmos電(diàn)路電(diàn)源電壓範圍之(zhī)内，以免引發闩(shuān)鎖；
    •長信号線應該由(yóu)專(zhuān)門爲其(qí)設計的(de)電(diàn)路驅(qū)動，如線驅動器(qì)、緩沖器等(děng)；
    •應避(bì)免在cmos電(diàn)流的輸(shū)出端接大于500pf的(de)電(diàn)容負載(zǎi)；
    •cmos電路(lù)的扇(shàn)出應根據其輸(shū)出(chū)容性負(fù)載量來确定，通(tōng)常可(kě)按下式計(jì)算：     
                                      ( 9.6 )
式中，fo爲扇出(chū)，cl爲cmos電路的額定(dìng)容性負載(zǎi)電容(róng)，0.8是容(róng)性(xìng)負載的(de)降額(é)系數，ci爲cmos電(diàn)路的(de)額定輸入(rù)電容。
    (5)并(bìng)聯(lián)應用(yòng)
    •除三(sān)态輸(shū)出門(mén)外，有源上(shàng)拉門(mén)不得(dé)并聯連接(jiē)。隻有一種情況(kuàng)例外，即并聯(lián)門(mén)的所有輸入端(duān)均并聯在一起，而且(qiě)這些門電路封(fēng)裝(zhuāng)在同一(yī)外殼内(nèi)。
    3.線(xiàn)性放(fàng)大器應(yīng)用設計(jì)規則
    (1) 電源
    •穩定性應(yīng)保持在±1%之内；
    •紋波系數應(yīng)小于(yú)1％；
    •電源初級(jí)應有射頻(pín)旁路；
    (2) 去耦
    •每使用10塊線性集成電路(lù)就應當用(yòng)一個(gè)0.01~0.1μf的射(shè)頻電(diàn)容器對電源(yuán)電壓進(jìn)行去耦。去(qù)耦電(diàn)容的(de)位置應僅可能地靠近集(jí)成電路，二(èr)者之(zhī)間的距離(lí)應在15cm之内。每塊印制(zhì)電路闆(pǎn)也(yě)應用一(yī)隻(zhī)容量更大(dà)些的低電(diàn)感(gǎn)電(diàn)容器(qì)對電源進(jìn)行去耦(ǒu)。
    (3) 輸(shū)入信号
    •差模輸入電(diàn)壓和共模(mó)輸入(rù)電壓均不應(yīng)超(chāo)過它們的(de)最大額定值的(de)60％；
    •所有(yǒu)不使用的輸入(rù)端(duān)均應按照使(shǐ)功耗最低(dī)的方式進行連(lián)接；
    •如(rú)果器(qì)件(jiàn)具(jù)有兩(liǎng)個以上的外部調(diào)整點，必(bì)須多(duō)次調整，僅一次(cì)是不(bú)行的(de)。
    (4) 輸出(chū)信号
    •長信号線應該(gāi)由專門爲(wèi)其設計的電路(lù)驅動，如線驅(qū)動器、緩沖器等；
    •從(cóng)線驅動器到接收電(diàn)路的信号(hào)回路線應采用連續(xù)同(tóng)軸線或(huò)雙扭線，其(qí)特性(xìng)阻抗應(yīng)與連接(jiē)端口(kǒu)的阻(zǔ)抗相匹(pǐ)配。
    4. 線性電壓(yā)調整器應(yīng)用設(shè)計規(guī)則
    (1)輸(shū)入電(diàn)壓
    •輸(shū)入電(diàn)壓不(bú)應超過其最大額(é)定值的(de)80％；
    •差分(fèn)輸入電(diàn)壓應該(gāi)比推薦的最小電壓大20％，以保持(chí)适當(dāng)的輸出電(diàn)壓。
    (2)輸出負載
    •最(zuì)大輸(shū)出(chū)負載不(bú)得超(chāo)過其(qí)最大(dà)額定值的80％；
    •如果(guǒ)器件内部沒有(yǒu)包含短(duǎn)路保護電路，則應(yīng)設(shè)計(jì)外部(bù)短(duǎn)路(lù)保護電路。
    (3)散熱
    •電壓(yā)調整器(qì)應該安(ān)裝散(sàn)熱器，其散(sàn)熱面積應能夠散掉(diào)器件承受(shòu)最大功(gōng)率(lǜ)時所産生(shēng)的熱量。
9.6.3 印制(zhì)電路闆(pǎn)布線(xiàn)設計(jì)
    目前電子(zǐ)元器件用于各(gè)類電子設備和(hé)系統時，仍然以(yǐ)印制(zhì)電路闆爲(wèi)主要裝配方式。實踐(jiàn)證明(míng)，即使(shǐ)電原理(lǐ)圖設計(jì)正确，印制電路(lù)闆(pǎn)布線(xiàn)設(shè)計不(bú)當，也會(huì)對器件(jiàn)的可靠性産生不利(lì)的(de)影(yǐng)響。例(lì)如，将印制電路(lù)闆用(yòng)于裝配高(gāo)速數字集成電(diàn)路時，電(diàn)路(lù)上出(chū)現的瞬變電流(liú)通過印制導線(xiàn)時，會産(chǎn)生沖擊電流。如果印(yìn)制(zhì)導線的阻(zǔ)抗比較大，特别(bié)是電(diàn)感較大(dà)時，這種(zhǒng)沖擊電(diàn)流的幅(fú)值會很大，有可(kě)能對(duì)器件造成損害(hài)。如果印制(zhì)闆兩條細(xì)平行(háng)線靠得很近，則(zé)會形成信号波(bō)形的(de)延遲，在傳(chuán)輸線(xiàn)的(de)終端形成反射噪(zào)聲。因(yīn)此，在設計印制(zhì)闆布線的時(shí)候，應注意采(cǎi)用正确的方(fāng)法。
    1. 電磁兼容(róng)性設計
    電(diàn)磁兼容(róng)性（emc）是指(zhǐ)電子系統及其(qí)元部件在(zài)各種電磁環(huán)境中仍(réng)能夠協調(diào)、有效(xiào)地進(jìn)行工作的(de)能力。emc設計(jì)的目(mù)的是既能(néng)抑制(zhì)各種外來(lái)的幹(gàn)擾，使(shǐ)電(diàn)路和設(shè)備在規定的電(diàn)磁環境中能正常工作，同時又(yòu)能減少(shǎo)其本身(shēn)對其(qí)它(tā)設(shè)備的(de)電磁幹擾(rǎo)。
    由于(yú)瞬變電流在印(yìn)制線(xiàn)條上所産(chǎn)生的沖擊幹擾(rǎo)主要是由印制(zhì)導線的電感成(chéng)分造(zào)成的，因(yīn)此(cǐ)，應盡量減(jiǎn)少印(yìn)制導(dǎo)線的電感(gǎn)量。印(yìn)制導線的(de)電感(gǎn)量(liàng)與其長(zhǎng)度成(chéng)正(zhèng)比(bǐ)，并随(suí)其寬度的(de)增加(jiā)而下降，故短而粗的(de)導線對于(yú)抑(yì)制幹(gàn)擾(rǎo)是有(yǒu)利的。
    時鍾引線(xiàn)、行驅(qū)動器或總線驅動器的信(xìn)号線常常載有(yǒu)大(dà)的(de)瞬變(biàn)電流(liú)，其印制導線(xiàn)要盡可能地(dì)短；而(ér)對于電(diàn)源線和(hé)地線(xiàn)這樣的難(nán)以(yǐ)縮短長(zhǎng)度的(de)布線，則應在印(yìn)制闆面積和線(xiàn)條密(mì)度(dù)允許的(de)條件(jiàn)下盡(jìn)可能加大(dà)布線的寬(kuān)度。對于一般電路，印(yìn)制導線寬(kuān)度選在(zài)1.5mm左(zuǒ)右，即可完全滿足要(yào)求；對于(yú)集(jí)成電路，可(kě)選爲0.2mm~1.0mm。
    采用(yòng)平行走線(xiàn)可以減少導(dǎo)線電感(gǎn)，但導線之(zhī)間的(de)互感和(hé)分布電(diàn)容增(zēng)加，如果布(bù)局允許(xǔ)。最(zuì)好采(cǎi)用井字形網狀(zhuàng)地線(xiàn)結構，具體(tǐ)做(zuò)法(fǎ)是(shì)印(yìn)制闆(pǎn)的一面橫向(xiàng)布(bù)線，另一面(miàn)縱向(xiàng)布線(xiàn)，然後在交叉孔(kǒng)處(chù)用鉚釘(dìng)或金屬(shǔ)化孔相(xiàng)連。
    爲了印制印(yìn)制導線之間的(de)串擾(rǎo)，在(zài)設(shè)計布線時應盡(jìn)量避(bì)免長(zhǎng)距(jù)離的平(píng)行走(zǒu)線，盡可能拉開線(xiàn)與線之間的(de)距(jù)離，信号(hào)線與地線及電(diàn)源(yuán)線盡(jìn)可(kě)能不(bú)交叉。在使(shǐ)用一(yī)般電路時，印制(zhì)導線間隔和長(zhǎng)度設計可以參(cān)考表9.7所列規則。在一些對(duì)幹擾十分敏感的信号線之間(jiān)可以設置(zhì)一根(gēn)接地的印(yìn)制線，也可(kě)有效(xiào)地(dì)抑(yì)制串擾。

爲了抑(yì)制出(chū)現在印制(zhì)線條(tiáo)終端的反射幹(gàn)擾，除了特殊需(xū)要之外，應盡可能縮短印(yìn)制線(xiàn)的長度(dù)和(hé)采用慢速電路(lù)。必要(yào)時可(kě)加終(zhōng)端匹(pǐ)配，即在傳輸(shū)線(xiàn)的末(mò)端(duān)對地和電源端各加接(jiē)一個(gè)相同阻值(zhí)的匹配電阻。根(gēn)據經(jīng)驗，對一般(bān)速度(dù)較快(kuài)的ttl電路，其(qí)印(yìn)制線條(tiáo)長于10cm以上時就(jiù)應加終端匹配(pèi)措施。匹配電阻(zǔ)的阻值應根據集成電路的輸(shū)出驅(qū)動電(diàn)流及(jí)吸收電流的最(zuì)大值(zhí)來(lái)決定。當(dāng)使用74f系列(liè)的ttl電(diàn)路時，匹(pǐ)配電阻(zǔ)可采用330Ω，其(qí)等效(xiào)的(de)終(zhōng)端阻抗爲(wèi)165Ω。
    爲了避(bì)免高(gāo)頻信号通過印制(zhì)導線産(chǎn)生的電(diàn)磁輻(fú)射(shè)，在印制電路闆布線時，還應注意(yì)以下(xià)要點：
    (1) 盡量(liàng)減少(shǎo)印制(zhì)導線(xiàn)的不連續性，例如導(dǎo)線寬度不要突(tū)變，導線的(de)拐角(jiǎo)大于(yú)90o，禁止環狀(zhuàng)走線等。這(zhè)樣也(yě)有利(lì)于提(tí)高印(yìn)制導(dǎo)線耐(nài)焊接(jiē)熱的(de)能力(lì)。
    (2)時鍾(zhōng)信号引線最容(róng)易産生電磁輻射幹擾，走線時應與地線回路(lù)相靠近，不(bú)要在長距離内與信号線并(bìng)行。
    (3)總線驅動(dòng)器應(yīng)緊挨(āi)其(qí)欲驅(qū)動的總(zǒng)線。對(duì)于那些離(lí)開印制電路闆的引線(xiàn)，驅動器(qì)應緊挨着連接器。
    (4)數據總線的(de)布線應(yīng)每(měi)兩根(gēn)信号(hào)線之間夾(jiá)一根信(xìn)号地線。最好是緊挨着(zhe)最不(bú)重要(yào)的地(dì)址引線放(fàng)置地(dì)回路，因爲後者(zhě)常載有高頻電(diàn)流。
(5)在(zài)印制(zhì)闆布置(zhì)高速、中速和(hé)低速邏輯(jí)電(diàn)路時，應按(àn)照(zhào)圖9.41的方式排(pái)列器件(jiàn)。

  2. 接地設計
隻要布局許可(kě)，印制(zhì)闆最好做成大(dà)平面接地方式，即印(yìn)制(zhì)闆的一(yī)面全部用銅箔(bó)做成接地平面(miàn)，則另(lìng)一面作爲(wèi)信号(hào)布線。這樣做有許(xǔ)多好處：
    (1)大接地平面可(kě)以降(jiàng)低印制電(diàn)路的(de)對地阻抗(kàng)，有效地抑(yì)制印(yìn)制闆另一面信(xìn)号線之間的幹(gàn)擾(rǎo)和噪聲。例如(rú)，由于平行導線之間的(de)分(fèn)布電(diàn)容在導(dǎo)線(xiàn)接近(jìn)接地平面時會變小，因此大接(jiē)地平面可(kě)使印制線之間(jiān)的串(chuàn)擾明(míng)顯(xiǎn)削弱。
    (2)大接地平面起着電磁屏蔽和靜(jìng)電屏蔽的作(zuò)用(yòng)，可減少(shǎo)外界對(duì)電路的(de)高(gāo)頻輻(fú)射幹(gàn)擾以及減少電路對(duì)外界(jiè)的高頻(pín)輻射幹(gàn)擾。
(3)大(dà)接地平面還有(yǒu)良(liáng)好散熱(rè)效果，其大面積(jī)的銅(tóng)箔尤如金(jīn)屬散(sàn)熱片，迅速(sù)向外界散(sàn)發印(yìn)制電路(lù)闆(pǎn)中的熱量(liàng)。

 如果無法(fǎ)采用大接地平(píng)面，則(zé)應在印制(zhì)電路闆的(de)周圍設計接(jiē)地總線(xiàn)，接地總線的兩端接到系統的(de)公共(gòng)接地點上(shàng)。接地總線(xiàn)應盡(jìn)可能地寬，其寬度至少應(yīng)爲2.5mm。
    數(shù)字電(diàn)路(lù)部(bù)分與(yǔ)模拟電路部分(fèn)以及小信号電(diàn)路和(hé)大功率電路應該分(fèn)别并(bìng)行饋電(diàn)。數字地(dì)與模拟(nǐ)地(dì)在内部不得相(xiàng)連，屏(píng)蔽地(dì)與電(diàn)源地分别(bié)設置(zhì)，去耦(ǒu)濾波(bō)電容(róng)應就(jiù)近接(jiē)地。
    3. 熱設計(jì)
    從有利(lì)于散熱的角(jiǎo)度(dù)出(chū)發，印(yìn)制闆(pǎn)最好是直(zhí)立(lì)安(ān)裝，闆與闆(pǎn)之間的距離一(yī)般不(bú)要(yào)小于2cm，而且元器件在印(yìn)制闆(pǎn)上(shàng)的排列方(fāng)式應遵循一(yī)定的規(guī)則：
    (1)對于(yú)采用自由(yóu)對流(liú)空氣冷(lěng)卻方式(shì)的設(shè)備，最(zuì)好是(shì)将(jiāng)集(jí)成(chéng)電路（或(huò)其他元器(qì)件）安縱長(zhǎng)方(fāng)式排列(liè)，如圖9.42 (a)所示；對于(yú)采用(yòng)強制空氣冷卻（如用風扇(shàn)冷卻(què)）的(de)設備，則(zé)應按橫長(zhǎng)方式(shì)配置，如(rú)圖9.42 (b)所示(shì)。
    (2)同一塊印制闆(pǎn)上的(de)元(yuán)器件應(yīng)盡可能按其(qí)發(fā)熱量(liàng)大小及耐(nài)熱程(chéng)度(dù)分(fèn)區排(pái)列，發熱量小或(huò)耐熱(rè)性差的元(yuán)器件(jiàn)（如小信号(hào)晶體管、小規模(mó)集成電路、電解(jiě)電容器等(děng)）放在冷卻氣流的最(zuì)上遊（入口處(chù)），發熱量大(dà)或耐熱(rè)性好(hǎo)的(de)元(yuán)器件(jiàn)（如功率晶體管(guǎn)、大規(guī)模集成電路等(děng)）放在冷卻(què)氣流的最下遊（出口處(chù)）。
    (3)在水平(píng)方向(xiàng)上，大(dà)功率(lǜ)器(qì)件盡(jìn)量靠近(jìn)印制闆邊沿布(bù)置，以便縮短傳(chuán)熱途(tú)徑；在(zài)垂直(zhí)方向上，大功率(lǜ)器(qì)件盡量靠近(jìn)印制闆(pǎn)上方布置，以(yǐ)便減(jiǎn)少這(zhè)些器件工作時(shí)對其(qí)它元器件溫(wēn)度的(de)影響。
(4)溫(wēn)度敏感(gǎn)器(qì)件最(zuì)好安置在溫度(dù)最低的區(qū)域（如(rú)設備的底部），千(qiān)萬(wàn)不(bú)要将(jiāng)它放(fàng)在發熱元器件的正上方(fāng)，多個(gè)器件最(zuì)好是在(zài)水平面上交錯(cuò)布局。
設備内印(yìn)制闆的散熱主(zhǔ)要依(yī)靠(kào)空氣流(liú)動，所以在設計(jì)時要(yào)研究空氣(qì)流動路徑(jìng)，合理(lǐ)配置元器件或(huò)印制電(diàn)路闆。空(kōng)氣流(liú)動(dòng)時(shí)總是(shì)趨向(xiàng)于阻力小(xiǎo)的地(dì)方流動，所(suǒ)以在印制電路(lù)闆上配置元器件時，要(yào)避免在(zài)某個(gè)區域留有(yǒu)較大(dà)的空域。如圖9.43 (a)所(suǒ)示的那樣，冷卻空氣(qì)大多(duō)從此空域中流走，而元器件密(mì)集區(qū)域很少有(yǒu)空氣(qì)流過，這樣(yàng)散熱效果(guǒ)就大(dà)大降低(dī)。如(rú)果象圖9.43 (b)那(nà)樣在空域中加上一(yī)排器(qì)件，雖(suī)然(rán)裝(zhuāng)配密度提高了，但由(yóu)于冷卻空氣的(de)通路(lù)阻抗(kàng)均勻(yún)，使空(kōng)氣(qì)流動也(yě)絕緣，從而使散(sàn)熱效果(guǒ)改善。整(zhěng)機中多塊印制電路闆的配置(zhì)也應(yīng)注意同樣(yàng)問題(tí)。
 
大(dà)量實踐(jiàn)經驗表明，采用(yòng)合理的元器件排列(liè)方式(shì)，可以有效地降低印(yìn)制電(diàn)路的(de)溫(wēn)升(shēng)，從而使器件及(jí)設備的故障率(lǜ)明顯下降。
    此外(wài)，在(zài)高可(kě)靠應用(yòng)場合(hé)，應該采用(yòng)銅箔厚一(yī)些的印制電路闆基材，這不僅可以增(zēng)強印制(zhì)闆的(de)散熱能力，而且(qiě)有利(lì)于(yú)降低印(yìn)制導線(xiàn)的電阻(zǔ)值，提(tí)高機(jī)械強(qiáng)度。如選用(yòng)銅箔(bó)厚度爲70μm的印制(zhì)闆，相對于銅箔厚度(dù)爲(wèi)35μm的印制闆，印制導線的(de)電阻值可降低(dī)1/2，散熱(rè)能(néng)力(lì)可增(zēng)加一倍，而(ér)且在容易(yì)遭(zāo)受(shòu)劇烈的振動和沖擊(jī)的環境中(zhōng)，不容(róng)易出(chū)現斷線之(zhī)類的機械故障(zhàng)。
    〔實例(lì)〕集成電路(lù)在印制闆上的(de)排(pái)列方式對其(qí)溫升的(de)影響
圖(tú)9.44給出了大規模(mó)集成(chéng)電路(lù)（lsi）和小規模(mó)集成電路(lù)（ssi）混合安裝(zhuāng)情況下的兩種排列(liè)方式，lsi的(de)功(gōng)耗爲1.5w，ssi的功耗(hào)爲(wèi)0.3w。實測(cè)結果(guǒ)表明(míng)，圖9.44(a)所示方式(shì)使lsi的溫(wēn)升達50℃，而(ér)圖(tú)9.44 (b)輻射(shè)導緻的lsi的溫升爲40℃，顯然采(cǎi)納後(hòu)面一(yī)種方式對(duì)降低(dī)lsi的失效率更爲有利。

   這個(gè)例子也(yě)說(shuō)明，應(yīng)該盡可能地使(shǐ)印制闆上元器(qì)件的(de)溫(wēn)升趨于(yú)均勻，這有助于(yú)降低印(yìn)制闆上(shàng)的器件(jiàn)的溫度(dù)峰值(zhí)。 

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