2023年7月29日发(作者：)

如何加强PCB可靠性设计⽬前电⼦器材⽤于各类电⼦设备和系统仍然以印制电路板为主要装配⽅式。实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电⼦设备的可靠性产⽣不利影响。例如，如果印制板两条细平⾏线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。因此，在设计印制电路板的时候，应注意采⽤正确的⽅法。⼀、 地线设计 在电⼦设备中，接地是控制⼲扰的重要⽅法。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。当⼯作频率在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的提⾼抗噪声能⼒。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，会在地结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。

⼆、电磁兼容性设计　　电磁兼容性是指电⼦设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进⾏⼯作的能⼒。电磁兼容性设计的⽬的是使电⼦设备既能抑制各种外来的⼲扰，使电⼦设备在特定的电磁环境中能够正常⼯作，同时⼜能减少电⼦设备本⾝对其它电⼦设备的电磁⼲扰。

1. 选择合理的导线宽度由于瞬变电流在印制线条上所产⽣的冲击⼲扰主要是由印制导线的电感成分造成的，因此应尽量减⼩印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正⽐，与其宽度成反⽐，因⽽短⽽精的导线对抑制⼲扰是有利的。时钟引线、⾏驱动器或总线驱动器的信号线常常载有⼤的瞬变电流，印制导线要尽可能地短。对于分⽴元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右时，即可完全满⾜要求；对于集成电路，印制导线宽度可在0.2～1.0mm之间选择。2. 采⽤正确的布线策略采⽤平等⾛线可以减少导线电感，但导线之间的互感和分布电容增加，如果布局允许，最好采⽤井字形⽹状布线结构，具体做法是印制板的⼀⾯横向布线，另⼀⾯纵向布线，然后在交叉孔处⽤⾦属化孔相连。为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等⾛线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在⼀些对⼲扰⼗分敏感的信号线之间设置⼀根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。为了避免⾼频信号通过印制导线时产⽣的电磁辐射，在印制电路板布线时，还应注意以下⼏点：●尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐⾓应⼤于90度禁⽌环状⾛线等。●时钟信号引线最容易产⽣电磁辐射⼲扰，⾛线时应与地线回路相靠近，驱动器应紧挨着连接器。●总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线，驱动器应紧紧挨着连接器。●数据总线的布线应每两根信号线之间夹⼀根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有⾼频电流。3.抑制反射⼲扰为了抑制出现在印制线条终端的反射⼲扰，除了特殊需要之外，应尽可能缩短印制线的长度和采⽤慢速电路。必要时可加终端匹配，即在传输线的末端对地和电源端各加接⼀个相同阻值的匹配电阻。根据经验，对⼀般速度较快的TTL电路，其印制线条长于10cm以上时就应采⽤终端匹配措施。匹配电阻的阻值应根据集成电路的输出驱动电流及吸收电流的最⼤值来决定。三、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，是印制电路板的可靠性设计的⼀种常规做法，配置原则如下：●电源输⼊端跨接⼀个10～100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采⽤100uF以上的电解电容器的抗⼲扰效果会更好。●为每个集成电路芯⽚配置⼀个0.01uF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1～10uF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1Ω，⽽且漏电流很⼩（0.5uA以下）。●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（Vcc）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。 四、印制电路板的尺⼨与器件的布置　　印制电路板⼤⼩要适中，过⼤时印制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声能⼒下降，成本也⾼；过⼩，则散热不好，同时易受临近线条⼲扰。在器件布置⽅⾯与其它逻辑电路⼀样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。如图2所⽰。时种发⽣器、晶振和CPU的时钟输⼊端都易产⽣噪声，要相互靠近些。易产⽣噪声的器件、⼩电流电路、⼤电流电路等应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另做电路板，这⼀点⼗分重要

五、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：·对于采⽤⾃由对流空⽓冷却的设备，最好是将集成电路（或其它器件）按纵长⽅式排列，如图3⽰；对于采⽤强制空⽓冷却的设备，最好是将集成电路（或其它器件）按横长⽅式排列，如图4所⽰。·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）放在冷却⽓流最下游。·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它器件温度的影响。·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。·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，在设计中不还需根据具体电路进⾏相应处理，才能最⼤程度地保证印制电路板的可靠性。