第五章電子系統(tǒng)的工程問題

1、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5.1 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。 5.2 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5.2.1 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

2、擾，如聲、電、光、磁、振動(dòng)，以及化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等。這些干擾會(huì)對(duì)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。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(hào)，而其本身對(duì)其他設(shè)備而言是一個(gè)干擾信號(hào)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(duì)周圍電磁環(huán)境的污染，這就是電磁兼容(EMC)問題。 EMC=Electro Magnetic Compatibility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(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。

3、 電磁兼容設(shè)計(jì)就是針對(duì)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）EMC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“China Compulsory Certification”，英文縮寫為“CCC”，也可簡稱為“3C認(rèn)證”)，國家對(duì)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(duì)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

4、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)。EMCEMC結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖1）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： EMI：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(hào)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(hào)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(hào)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問題輻射干擾輻射干擾輻射包含兩部分：產(chǎn)品向外的輻射和外界對(duì)產(chǎn)品的輻射（通過場傳輸） 影響：影響：輻射超標(biāo)抗干擾差傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)

5、干擾傳導(dǎo)包含兩部分：產(chǎn)品向外的傳導(dǎo)和外界對(duì)產(chǎn)品的傳導(dǎo)（通過線傳輸）。影響：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)品影響電磁干擾三要素電磁干擾三要素1) 干擾源（能量源）2) 被干擾對(duì)象（接收器）3) 耦合路徑解決電磁干擾的方法：屏蔽、接地、濾波EMIEMI測試測試電磁屏蔽室電源濾波器電源濾波器通風(fēng)板通風(fēng)板電纜接線板電纜接線板通風(fēng)板通風(fēng)板分為傳導(dǎo)測試和輻射測試分為傳導(dǎo)測試和輻射測試EMIEMI常規(guī)測試項(xiàng)目常規(guī)測試項(xiàng)目o 靜電放電抗擾度GB/T17626.2;IEC61000-4-2o 電快速瞬變/脈沖群抗擾度GB/T17626.4; IEC61000-4-4o

6、輻射電磁場o 浪涌（雷擊）抗擾度o 注入電流抗擾度o 電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度電磁干擾（EMI）對(duì)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另外，過度的電磁干擾會(huì)危害人體健康，破壞生態(tài)平衡舉例：使用手機(jī)會(huì)對(duì)電視機(jī)造成干擾，在電視畫面上形成條紋；冰箱的啟動(dòng)導(dǎo)致電腦的錯(cuò)誤動(dòng)作；使用心電儀器時(shí)若有人使用手機(jī)會(huì)對(duì)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

7、可能失效；5.2.2 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(hào)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(duì)電子設(shè)備本身無用的信號(hào)即為干擾信號(hào)，如電臺(tái)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、外部干擾一、外部干擾典型設(shè)備承受的干擾熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。這種噪聲除了在超低溫外是不可避免的，溫度越低噪聲越小，所以要盡量抑制溫度的上升。接觸不良引起的噪聲：電路布線的接觸不良引起的噪聲。二、內(nèi)部干擾感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的電磁感應(yīng)

8、而造成的各電路的相互干擾所引起的噪聲。信號(hào)失真引起的噪聲：信號(hào)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(hào)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。內(nèi)部干擾（續(xù)）內(nèi)部干擾（續(xù)）5.2.3 干擾傳播的途徑 干擾信號(hào)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。 電磁干擾的傳播途徑：1、電場傳播電容耦合（原理）寄生電容2、磁場傳播變壓器原理 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

9、： 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2reNEhVeh4hhhe213、輻射電磁場傳播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)接地共阻抗耦合共阻抗耦合5、信號(hào)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。6、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(huì)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(jí)時(shí)，影響特別嚴(yán)重。干擾

10、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(duì)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。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)穆窂健ｉL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(huì)出現(xiàn)遲延、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。sUnUU1C2C線擾干)b(因原生產(chǎn))a(式形

11、現(xiàn)表擾干模串6 -8圖s計(jì) 算 機(jī) 控 制 系 統(tǒng)計(jì) 算 機(jī) 控 制 系 統(tǒng)aI串模干擾模型串模干擾模型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(hào)都可能對(duì)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。5.2.4 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，

12、而且對(duì)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。 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(huì)被電源短路吸收，在線路中不會(huì)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(duì)電源檢測，在50周正弦波上疊加有1000多伏的尖峰電壓。常見交流電源噪聲種類（1）過壓、欠壓（2）浪涌、下陷（1015），（3）尖峰電壓（4）射頻干擾可采用交流濾波器+交流穩(wěn)壓器基本措施:（1）交流進(jìn)線端加交

13、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(duì)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（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(hào)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(2)切斷來自過程通道的干擾（隔離與匹配） 模擬信號(hào)通過隔離放大器進(jìn)行隔

14、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） 數(shù)字信號(hào)采用光電耦合器隔離，也可有效地隔離過程通道中的干擾信號(hào)，特別是用于不同接地電位的系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸，如下圖所示。 采用變壓器隔離（射頻）繼電器隔離（開關(guān)量） 分為機(jī)械和固態(tài) 模擬地和數(shù)字地分開，避免公共地阻抗對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生耦合作用。 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(hào)產(chǎn)生的弱電流無法形成足夠的光通量，因而傳輸中斷。 采用雙絞線或同軸電纜傳輸。使用平行線時(shí)，當(dāng)信

15、號(hào)線周圍電磁場發(fā)生變化，信號(hào)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(duì)電磁場變化引起的干擾具有一定的抑制效果。（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 長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ洹ｉL線傳輸時(shí)，阻抗不匹配的傳輸線會(huì)產(chǎn)生反射，使信號(hào)出現(xiàn)畸變、衰減，導(dǎo)致信號(hào)失真。為了對(duì)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(duì)高頻） 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(duì)其他電路的影響。 濾波 采用濾波

16、器使信號(hào)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。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(huì)通過分布電容和電感耦合到信號(hào)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；用高導(dǎo)磁材料做屏蔽罩，使干擾磁場的磁力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路，防止低頻磁場干擾。 屏蔽技術(shù)電場屏蔽主要是防止

17、高頻電磁波輻射的干擾，以金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體有效對(duì)付電磁波的干擾。屏蔽體以反射方式和吸收方式來削弱電磁波，形成對(duì)電磁波的屏蔽作用。磁場屏蔽磁場屏蔽是防止電極、變壓器、磁鐵、線圈等的磁感應(yīng)和磁耦合，使用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽層，使磁路閉合，一般接地。(3)抑制空間干擾（屏蔽與接地） 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。 系統(tǒng)中敏感部件遠(yuǎn)離開關(guān)功率源。 長線傳輸使用同軸電纜或屏蔽線。 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。 接地設(shè)計(jì): 地的分類：信號(hào)地，電源地，大地（安全地、屏蔽地、防雷接地）等。 安全地：防止發(fā)生人身傷害事故而將機(jī)殼

18、接大地信號(hào)接地方式信號(hào)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(hào)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，同時(shí)地線也是信號(hào)回路的一部分，是信號(hào)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(hào)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。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，地線阻

19、抗很大，應(yīng)盡量降低地線阻抗，采用就近多點(diǎn)接地法。 (b)數(shù)字信號(hào)地與模擬信號(hào)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。 (d)將數(shù)字地做成閉合的網(wǎng)格，可以降低各元器件之間的地線電位差，提高抗干擾能力。 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(hào)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(hào)線，以減少干擾。 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

20、個(gè)10100uF(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。 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(hào)輸入端應(yīng)相互靠近些，最好有地線跟隨。 (b)遠(yuǎn)離易產(chǎn)生噪聲的器件。例如：信號(hào)線與其他器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離晶振。 (c)邏輯電路應(yīng)遠(yuǎn)離大電流噪聲電路。例如：控

21、制電路與驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)分板制作。 電磁兼容控制的一般策略表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設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別對(duì)于時(shí)鐘頻率高、大功率、大電流、含微弱信號(hào)、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(hào)完整性)2）高頻信號(hào)在銅膜線傳輸時(shí)，會(huì)發(fā)生畸變，所以銅膜線越短越好3）高頻信號(hào)會(huì)對(duì)其它高輸入阻抗的信號(hào)產(chǎn)生干擾，需要對(duì)弱信號(hào)隔離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(hào)的屏蔽層兩端須接地6）對(duì)噪

22、聲和干擾敏感的電路或高頻噪聲嚴(yán)重的用金屬罩屏蔽7）將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開，最后匯總到電源接地點(diǎn)8)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(huì)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14波長的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變得很高，這時(shí)地線變成了天線，會(huì)向外輻射噪聲。(多層板設(shè)計(jì))2軟件抗干擾措施電子系統(tǒng)中，干擾源并不能造成硬件系統(tǒng)的損壞，但常常使電子系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。雖然系統(tǒng)硬件抗干擾措施能夠消除大部分干擾，但它不可能完全消除干擾。因此，電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)必須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： (1)數(shù)字濾波 在數(shù)采

23、系統(tǒng)中，干擾信號(hào)疊加在信號(hào)上使數(shù)據(jù)采集的誤差加大，特別是傳感器信號(hào)為小信號(hào)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： 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(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差 ，若本次輸入信號(hào)與上次輸入信號(hào)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。yy 中值濾波（犧牲采樣率） 對(duì)一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采集多個(gè)信號(hào)，取其中間值作為本次采樣值。 算術(shù)平均濾波法（犧牲采樣率） 對(duì)一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣多次

24、，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)。 niiXNkY11 kY iX 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OQ1； 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。 kQXkYQkY11 kX1kY kY復(fù)合濾波 為了提高濾波效果，往往將兩種以上的濾波方法結(jié)合在一起使用，即為復(fù)合濾波。例如將中值濾波與算術(shù)平均值濾波方法結(jié)合在一起，將采樣點(diǎn)的最大值與最小值去除，

25、然后求出其余采樣值的算術(shù)平均值，則可取得較好的濾波效果。 (2) 設(shè)置自檢程序軟件中加設(shè)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(duì)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(duì)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(huì)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(hào)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(dòng)、校驗(yàn)糾錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)：1）軟件

26、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(duì)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。 總結(jié)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)。 電子器件的故障與其工作溫度有密切關(guān)系：對(duì)

27、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。熱對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響熱對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響摘自摘自 美空軍整體計(jì)劃分析報(bào)告美空軍整體計(jì)劃分析報(bào)告熱量產(chǎn)生的原因熱量產(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(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各種摩擦引起的增溫。 熱設(shè)計(jì)目的熱設(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(duì)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(duì)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)

28、計(jì)原則熱設(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(chǔ)存溫度熱設(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(duì)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。針對(duì)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

29、用壽命器件選型：同樣功能的低功率器件、溫度不敏感元器件；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、硅管(少用鍺管)1.2 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(hào)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，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、接地4）印制板上的地線盡量加寬，環(huán)繞在外框，利于發(fā)熱元件直接用它傳熱

30、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。TRQ 熱阻的單位是/W。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，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2.2 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）采用通風(fēng)口機(jī)箱的空氣流動(dòng)方向4）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(dòng)；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)

31、口要利于空氣對(duì)流三 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(duì)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(duì)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）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(duì)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。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(duì)電磁干擾等問題的影響。 許多電

32、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5.4 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(shí)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。 可用平均故障時(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)。 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

33、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)時(shí)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。 tNrt)( 電子設(shè)備、電子元器件、機(jī)械產(chǎn)品等的失效率一般為：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：由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損等耗損原因引起。 串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)的任一單元失效就會(huì)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

34、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aRiRniiaRR1串聯(lián)系統(tǒng)可靠性并聯(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(huì)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niiniiaRFR11)1 (11aRiRiF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) 定義：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

35、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推測產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平，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(duì)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)精度要求?？煽啃灶A(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)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

36、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)。（1）元器件正確選用、刷選盡量選用經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證，并經(jīng)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(duì)元器件選擇不當(dāng)或使用有誤。航天部半導(dǎo)體器件失效分析中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)字：可靠性可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù) 質(zhì)量等級(jí)：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(jí)。 它對(duì)元器件的失效率有很大的影響。 國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序n 按國家

37、標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）、“七專”技術(shù)條件（QZJ）、電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（SJ）執(zhí)行元器件的質(zhì)量等級(jí)元器件的質(zhì)量等級(jí)元器件的選擇與控制元器件的選擇與控制o 目的n保證元器件的性能、質(zhì)量等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；n保證暢通的采購渠道、穩(wěn)定的貨源；n減少品種；n降低采購費(fèi)用；n正確的使用。o 選擇控制的總原則n元器件的技術(shù)性能、質(zhì)量等級(jí)、使用條件等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；n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；n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)；n要嚴(yán)格控制新研元器件的使用。（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。降

38、額設(shè)計(jì)概念降額設(shè)計(jì)概念o 降額設(shè)計(jì)概念與目的降額設(shè)計(jì)概念與目的n 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)降低于元器件或設(shè)備的額定值；n 降低基本故障率、提高使用可靠性的目的；n 降額主要因素：電應(yīng)力和溫度n 降額設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：降額的程度與效果；o 降額等級(jí)降額等級(jí)n 級(jí)降額：最大適用于故障危及安全、導(dǎo)致任務(wù)失敗和造成重大經(jīng)濟(jì)損失的情況；n 級(jí)降額：適用于故障使任務(wù)降級(jí)和增加不合理的維修費(fèi)用；n 級(jí)降額：適用于故障對(duì)任務(wù)完成影響很小和少量的維修。降額準(zhǔn)則說明降額準(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

39、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。（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 （5）漂移設(shè)計(jì)：由于元器件的性能參數(shù)會(huì)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。 防潮：防水處理、灌封處理、塑料封裝、金屬封裝。 防鹽霧：電鍍、表面涂敷。 防霉菌：密封滅菌、放干燥劑、降低環(huán)境相對(duì)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

40、的一種設(shè)計(jì)。（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）印制電路板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（10）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(dòng)化程度高，軟件增加抗干擾設(shè)計(jì)。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(dòng)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

41、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。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(duì)這一類有特殊要求的電子設(shè)備，通常對(duì)整機(jī)作全封閉處理。5.5 印制電路板的設(shè)計(jì)與裝配PCB的基本知識(shí)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

42、之間的布線、電氣連接（信號(hào)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(dòng)裝配提供阻焊圖形，為元器件檢查、維修提供識(shí)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 多層板頂層頂層 TopTop過孔過孔 ViaVia底層底層 BottomBottom中間層中間層 MidMid絕緣層絕緣層多層板各種膜（Mask） 焊盤阻焊膜（Solder Mask）絲印膜（Silkscreen）助焊膜（Past Mask）原理圖繪制原理圖繪制在設(shè)計(jì)PCB印制板前需先行繪制原理圖，保證不會(huì)出現(xiàn)電路原理上的錯(cuò)誤；資料

43、完整；添加元件速度快。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)等，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(hào)、參數(shù)和型號(hào)、封裝等（2）連線：細(xì)線、總線等（3）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)（4）注釋原理圖設(shè)計(jì)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(hào)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）不同電路單元之間留有間隔（電路圖是有節(jié)奏的）5）整個(gè)圖紙布局要相對(duì)勻稱，清晰 6）特殊元件的位置要體現(xiàn)出元件的功能和要求（2）布線橫平豎直，減

44、少交叉，便于視線追蹤 對(duì)于相同性質(zhì)的多根連線使用總線連接 對(duì)于連接距離比較長的連線用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接PCB的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)工具：Protel98/99二、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。 (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。 4) 元器件布局和布線。器件布局注意事項(xiàng)：布局需要注意以下事項(xiàng)： 1、布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)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、數(shù)字器件和模擬器件要分開、盡量遠(yuǎn)離

45、； 3、去耦電容盡量靠近器件的電源引腳； 4、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； 5、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。布線方式有兩種，手工布線和自動(dòng)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(hào)如差分線，平行走線，輸出到輸入整條線粗細(xì)一致；5) 5) 檢查、復(fù)查和印制電路板圖輸出檢查、復(fù)查和印制電路板圖輸出 可利用軟件提供的檢錯(cuò)印制電路板基本知識(shí)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

46、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(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。 盲孔位于印制電路板的頂層和底層表面，具有一定的深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。 埋孔是指位于印制電路板內(nèi)層的連接孔，其不會(huì)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(shí)3) 導(dǎo)線 (1) 導(dǎo)線寬度，導(dǎo)線寬度應(yīng)盡可能選擇寬，主要考慮電流負(fù)荷。 (2) 導(dǎo)線間

47、距，最小間距主要考慮信號(hào)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(shí)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PCB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）熱穩(wěn)定性意義：電子電路對(duì)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

48、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(duì)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(huì)有損耗、就會(huì)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(duì)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

49、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2、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，如導(dǎo)線避免平行，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(hào)回路的面積，減少導(dǎo)線長度，盡量使用表面安裝方式。 3、機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）印制板的尺寸不能太大；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）元件的安裝高度控制在7-9mm； （6）外接導(dǎo)線要固定，插頭插座要鎖定； （7）元件和電路板不能有明顯的共振點(diǎn)。4、布線及加工工藝（