中北大學系統(tǒng)集成第五章 電子系統(tǒng)的工程問題

1、第五章 電子系統(tǒng)設計中的工程問題 5.1 概述 5.2 電子系統(tǒng)的抗干擾設計 5.3 電子設備熱設計 5.4 可靠性設計 5.5 印制電路板的設計與裝配 5.1 概述 “工程”與“原理” 一個電子系統(tǒng)，除需要達到預期的功能、指標外，還 涉及到其它工程技術問題，如電磁兼容、可靠性等問題。 實際上，這些也是系統(tǒng)其他方面的性能指標。 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)的抗干擾設計 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 抗干擾設計方法 5.2.1 電磁干擾與電磁兼容問

2、題 在工業(yè)測試現(xiàn)場存在著嚴重的干擾，如聲、 電、光、磁、振動，以及化學腐蝕、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。 電磁干擾與電磁兼容概念 現(xiàn)代電子產(chǎn)品，功能越來越強大，線路也越復雜， 電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）成了主要問題。 電子設備的周圍充滿了電磁干擾信號，而其本身對 其他設備而言是一個干擾信號源。 提高設備的抗干擾能力，同時降低電子設備本身對 周圍電磁環(huán)境的污染，這就是電磁兼容(EMC)問題。 EMC=Electro Magnetic Compatibility的定義：在 同一電磁環(huán)境中，設備能夠不因為其它設備的干

3、擾影響 正常工作，同時也不對其它設備產(chǎn)生影響工作的干擾。 電磁兼容設計就是針對電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾 進行優(yōu)化設計，使之能成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性 標準的產(chǎn)品。（國標GB/T4365-1995） EMC認證 產(chǎn)品的EMC認證是依據(jù)產(chǎn)品的電磁兼容標準和相應 的技術要求，經(jīng)過認證機構測試確認，并通過頒發(fā)認證 證書和認證標志來證明某一產(chǎn)品符合相應標準和相應技 術的要求。 在我國EMC認證已納入3C認證范圍(中國強制認證， 英文名稱為“China Compulsory Certification”，英 文縮寫為“CCC”，也可簡稱為“3C認證”)，國家對有 強制性電磁兼容國家標準條款的產(chǎn)品實行安

4、全認證制度， 對這些實施電磁兼容安全認證的產(chǎn)品在進入流通領域實 施強制性監(jiān)督管理（沒有進行電磁兼容安全認證就不能 進入流通領域)。 EMCEMC結構圖結構圖 1）電源（專項測試） 2）屏蔽（網(wǎng)狀結構） 3）接地 4）結構導電性 設備滿足電磁兼容須具備： EMI：分傳導干擾和輻射干擾 傳導干擾：通過導電介質把一個電網(wǎng)絡上的信號耦 合（干擾）到另一個網(wǎng)絡。 輻射干擾：干擾源通過空間把信號耦合（干擾）到 另一個電網(wǎng)絡。 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 輻射干擾輻

5、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：影響： 輻射超標 抗干擾差 傳導干擾傳導干擾 傳導包含兩部分：產(chǎn)品向外的傳導和外界對產(chǎn) 品的傳導（通過線傳輸）。 影響：影響： 傳導超標：通過導線影響其它產(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) 被干擾對象（接收器） 3) 耦合路徑 解決電磁干擾的方法：屏蔽、接地、濾波 EMCEMC測試測試 電磁屏蔽室 電源濾波器電源濾波器 通風板通風板 電纜接線板電纜接線板 通風板通風板 分為傳導測試和輻射測試分為傳導測試和輻射測試 EMCEMC常規(guī)測試項目常規(guī)測

6、試項目 o 靜電放電抗擾度GB/T17626.2;IEC61000-4-2 o 電快速瞬變/脈沖群抗擾度GB/T17626.4; IEC61000-4-4 o 輻射電磁場 o 浪涌（雷擊）抗擾度 o 注入電流抗擾度 o 電壓暫降和短時中斷抗擾度 電磁干擾（EMI）對電子設備可形成不同程度的危害， 輕則可使設備的性能指標下降，重則可使設備不能正常 工作，甚至可使機內(nèi)較為脆弱的半導體器件擊穿或燒毀。 在干燥的氣候條件下，人體可帶有上萬伏的感應靜 電。此時，如果觸摸甚至靠近MOS類高阻抗器件，很可 能導致器件損壞。 防靜電服、釋放靜電 電磁干擾的危害 另外，過度的電磁干擾會危害人體健康，破 壞生態(tài)平

7、衡 舉例： 使用手機會對電視機造成干擾，在電視畫面上形成 條紋； 冰箱的啟動導致電腦的錯誤動作； 使用心電儀器時若有人使用手機會對儀器產(chǎn)生干擾； 客機在暴風雨中作緊急降落時其電子導航系統(tǒng)遭到 電磁干擾可能失效； 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。這些干擾信號常常造 成通信、廣播的中斷，造成設備 的損壞。 各類噪聲有自己的時、空分布。 2) 人為干擾源 對電子設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 的點火電火花污染等。 一、外部干擾一、外部干擾 典型設備承受的干擾 熱噪聲：主要

8、由導體內(nèi)部自由電子無規(guī)則的熱運 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。 感應噪聲：由于電路元件或布線間的電磁感應而 造成的各電路的相互干擾所引起的噪聲。 二、內(nèi)部干擾 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)）內(nèi)部干擾（續(xù)） 5.2.3 干擾傳播的途徑 干擾信號作用于電子設備，有傳導和輻射兩種途徑。 電子設備中的導線、元器件、結構體等都能形成傳導和 輻射耦合通道。

9、 它們有時起著天線的作用，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 當接收電路距噪聲源較遠時（ ），噪聲 源主要通過輻射電磁場傳播（天線效應），噪聲 電壓為： 式中：E輻射場強度； 天線有效高度； 當接收導線垂直部分高度 時，有 效高度 2 r eN EhV e h 4 h hhe 2 1 3、輻射電磁場傳播 4、導線傳播（介質傳播） （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 一定要分開或單獨接地 5、信號輸出電路的串擾 A路I變化，產(chǎn)生UI，影響

10、到B及C路。 應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。 特別是當漏電流流入高輸入阻抗放大器的輸 入級時，影響特別嚴重。 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 接地和布局設計解決。 2過程通道干擾 過程通道是電子系統(tǒng)相互通道進行信息傳輸?shù)穆?徑。長線

11、傳輸是干擾產(chǎn)生的主要原因。當傳輸線上的 信息為脈沖波時，傳輸線會出現(xiàn)延遲、畸變、衰減與 通道干擾耦合(串擾)，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。 sU n U U 1C 2C 線擾干 )b(因原生產(chǎn))a(式形現(xiàn)表 擾干模串6 -8圖 s計 算 機 控 制 系 統(tǒng)計 算 機 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)中的各種設備包括電 子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 例

12、如:大功率設備，大感性負載設備的啟停使電網(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 抗干擾設計方法 不同的干擾要采用不同的抗干擾辦法。 電子系統(tǒng)抗干擾設計分為硬件和軟件 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運行時間，而且對于某些 干擾也難以消除，因此，在系統(tǒng)抗干擾設計時 應將軟、硬件抗干擾措施有機地結合起來，使 它們相輔相成，保證系統(tǒng)運行的可靠性。 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

13、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)中危害最嚴重的干擾源來源于電源。在某些大功 率設備的電網(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。 常見交流電源噪聲種類 （1）過壓、欠壓 （2）浪涌（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）交流進線端加交流濾波器。濾掉高頻干擾，如電網(wǎng)上 大功率設備啟停造成的瞬間干擾。 濾波器安裝要加屏蔽并良好接地，進出線要分開，防止 感應和輻射耦合。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

14、穩(wěn)壓器。 （3）隔離變壓器、橋式整流 （4）采用集成穩(wěn)壓器進行穩(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。 典型線形電源設計 開關電源設計： 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） 模擬信號通過隔離放大器進行隔離。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。（隔離運放） 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

15、，如下圖所示。 采用變壓器隔離（射頻） 驅動大電流用繼電器隔離 分為機械和固態(tài) 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。 用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾 能力。這是因為干擾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。 采用雙絞線或同軸電纜傳輸。使用平行線時， 當信號線周圍電磁場發(fā)生變化，信號線上就感應了干 擾噪聲： （1）圖 (a)所示，使用雙絞線傳輸時，雙絞線能 使各個小環(huán)路的電磁感應干擾相互抵消，故對電磁場 變化引起的干擾具有一定的抑制效果。

16、（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 長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?。長線傳輸時，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，導致信 號失真。為了對傳輸線進行阻抗匹配，必須估算出它的 特性阻抗。（主要針對高頻） 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，應考 慮它們對其他電路的影響。 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 環(huán)節(jié)做成窄帶，以限制噪聲。 高頻電源、交流電源、強電設備產(chǎn)生的電火花

17、甚至雷電， 都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。 當距離較近時，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；當距離較遠時，電磁波則以輻射 形式構成干擾。解決方法：屏蔽 屏蔽技術的基本原理時把電路線和磁力線的影響限制在 某一個范圍，即隔離“場”的耦合。 常用低電阻的金屬材料（如銅和鋁）制成一個空腔的金 屬盒，將電路置于屏蔽盒，并將屏蔽盒良好接地。 屏蔽技術 (3)抑制空間干擾（屏蔽與接地） 加大印刷板間的間隔，加大導線間、元器件間的 間隔，導線之間添加接地線等。 系統(tǒng)中敏感部件遠離開關功率源。 長線傳輸使用同軸電纜或屏蔽線。 使用金屬機殼并接地屏蔽，若采用塑料機殼，應 在內(nèi)層

18、涂金屬作為屏蔽層。 接地設計: 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殼接大地 信號接地方式信號接地方式 懸浮地、一點接地，多點接地、混合接地 地：地是信號的參考電位，以地為0電平，理想的情 況下地線上任兩點間的電位差為零，但實際上地線仍然 要用金屬導體來實現(xiàn)，不可避免的存在導線的阻抗，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。 當各種信號電流流經(jīng)同一地線阻抗時，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。 高電壓、大電流最好靠近電源輸出端 PCB接地總結:主要防止電路中的公共地

19、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)單點接地與多點接地選擇。 在低頻電路中，導線與元器件間的電感影響較小，采用 一點接地； 在高頻電路中，地線電流大，應盡量降低地線阻抗形成 地平面，并采用就近多點接地法。 (b)數(shù)字信號地與模擬信號地分開連接，最終單點相連， 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。 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，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。但電源線應遠 離敏感信號線，以減少干擾。 配置去耦電容 在印

20、刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容是印刷電 路板設計的一項常規(guī)做法，它包括以下幾個方面： (a)在電路板電源輸入端跨接一個10100uF(或更大) 的電解電容，消除電源中的低頻干擾。 (b)在每個關鍵集成電路芯片的電源輸入端跨接一個 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，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。 元器件布置應遵循以下原則： (a)相關器件應盡量放得靠近些。例如：晶振和時鐘信 號輸入端應相互靠近些

21、，最好有地線跟隨。 (b)敏感電路應遠離大電流噪聲電路。例如：信號線與 其他器件應盡量遠離晶振或大功率器件;控制電路與驅 動電路分板制作。 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主要設計 要點，特別對于時鐘頻率高、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，時鐘頻率的3倍高 頻噪聲最危險(信號完整性) 2）高頻信號在銅膜線傳輸時，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

22、 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)就近多點接地。地線上具有電感，增加了地 線阻抗，同時各地線之間會產(chǎn)生電感耦合。當頻 率高時，特別是當?shù)鼐€長度等于14波長的奇數(shù) 倍時，地線阻抗就會變得很高，地線變成了天線， 會向外輻射噪聲。(多層板設計) 2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（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

23、的誤差加大，特別是傳感器信號為小信號輸入，干擾現(xiàn) 象尤為嚴重。 抑制干擾常用的方法是硬件電路進行濾波，要獲得 較好的抑制效果，硬件電路須十分復雜。采用軟件實現(xiàn) 濾波（數(shù)字濾波）則是當前干擾抑制技術中的一種新技 術，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，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， 僅當小于此偏差值時才作為本次采樣值。 y y 中值濾波（犧牲采樣率） 對一個采樣點連續(xù)采集多個信號，取其中間值作為 本次采樣值。 算術平均濾波法（犧牲采樣率） 對一個采樣點連續(xù)采樣多次，計算其平均值，

24、以其 平均值作為該點采樣結果，即 其中: 第k次N個采樣值的算術平均值； 第k次采樣點的第i次采樣值： N 每一個采樣點的采樣次數(shù)。 n i iX N kY 1 1 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； 上次濾波結果輸出值； 本次濾波結果輸出值。 kQXkYQkY11 kX 1kY kY (2) 設置自檢程序 軟件中加自檢程序，在系統(tǒng)運行前和運行中不斷測試 電子系統(tǒng)內(nèi)部的運行狀態(tài)，對出現(xiàn)的錯誤狀態(tài)進行及時 處理，以保證系統(tǒng)運行的可靠性。

25、(3) 設置監(jiān)視定時器 使用監(jiān)視定時器中斷來監(jiān)視程序運行狀態(tài)的抗干擾措 施。定時器的定時時間稍大于主程序正常運行一個循環(huán) 的時間，在主程序中加入對定時器時間常數(shù)刷新操作； 只要程序正常運行，定時器就不會出現(xiàn)定時中斷；當程 序失常時，定時器因不能得到刷新而導致定時中斷，利 用定時器中斷產(chǎn)生的信號將系統(tǒng)復位，或利用定時器中 斷服務程序作相應的處理，使系統(tǒng)恢復正常運行。 (4) 軟件消抖動、校驗糾錯等 優(yōu)點： 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，可以隨時改變選擇 的算法或改變參數(shù)。 缺點： 1）增加了CPU的運行時間，不適用于速度要求較高 的應用場合。

26、 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，應根據(jù)實際情況權衡利弊，選擇使用軟、硬 件抗干擾措施。 總結 5.3 電子設備熱設計 原因：能量消耗轉變成熱消耗 定義：利用熱傳遞技術，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 設備整機內(nèi)部溫升降低到所要求的范圍，以提 高設備抗溫度應力的能力，這種可靠性設計叫 做熱設計。 電子器件的故障與其工作 溫度有密切關系： 對溫度最為敏感： 半導體器件和微電路，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 熱對系統(tǒng)可靠性的影響熱對

27、系統(tǒng)可靠性的影響 摘自摘自 美空軍整體計劃分析報告美空軍整體計劃分析報告 熱量產(chǎn)生的原因熱量產(chǎn)生的原因 電子設備經(jīng)受的熱應力來源于以下幾個方面： （1）工作過程中，功率元件耗散的熱量。 （2）電子設備周圍的工作環(huán)境，通過導熱、對流和輻射的形 式，將熱量傳遞給電子設備。 （3）電子設備與大氣環(huán)境產(chǎn)生相對運動時，各種摩擦引起的 增溫。 熱設計目的熱設計目的 電子設備熱設計目的：利用熱傳遞特性對電子設備的 耗熱元件以及整機或系統(tǒng)采用合適的冷卻技術和結構設計， 以對它們的溫升進行控制，從而保證電子設備或系統(tǒng)正常、 可靠地工作。 熱設計原則熱設計原則 熱設計滿足兩個條件:把產(chǎn)品的溫度限制在 某一最大和最

28、小的范圍內(nèi)（以器件工作溫度為 準）；盡量使電子設備內(nèi)各點之間的溫差最小。 1）電子設備（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 熱設計要求： 1）滿足性能要求下，盡可能減少儀器內(nèi)部熱量 2）降低設備熱阻 3）保證設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、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。 針對電子設備熱產(chǎn)生機理和傳播方式，常用的熱設 計有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)

29、 低功率器件選型舉例：片狀電阻、線繞電阻(少用碳 膜電阻)、獨石電容、鉭電容(少用紙介電容)、 MOS/CMOS電路(少用TTL) 1.2 特種元器件溫度補償與控制 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 合理設計印制電路板結構 1）印制板上電源線、地線、信號線的走線要 合理，電路板上導線用金、銀、銅制成，以減 小導線電阻，減少熱源 2）采用多層板制作，使電源線、地線、控制 線獨自一體，各占一面，外加散熱裝置，充分 利用熱傳導 3）發(fā)熱高、輻射大的元件可專門設計安裝在 一塊印制板上，密封、隔離 二 熱阻處理 熱阻用來說明發(fā)熱元件向外環(huán)境的熱轉換能力。 定義：熱

30、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。 熱阻與傳導路徑長度成正比，與通過的截面積成反 比，與材料的導熱系數(shù)成反比,熱阻：RL/(S) 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）靠近通風口的空氣流動方向 4）熱敏器件不在熱流通道； 5）元器件和結構距離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

31、機箱上方，怕熱器件在下方，盡量 利用機箱金屬殼體散熱，通風口要利于空氣對 流 三 降溫處理 自然冷卻裝置無法保證電路正常工作時，需要增加 外部制冷設備實現(xiàn)降溫處理。 3.1 等溫處理 采用溫度平均對稱電路，使兩個與溫度有關的元件 在同一溫度場，形成對溫度的相同感應，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 增加專門制冷設備（空調(diào)、風扇、水、油等），對 內(nèi)部、外部環(huán)境實現(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，溫度升高則需報警。 整機的散熱 機箱開通風孔，安裝排風扇。在利用排風扇散熱時， 注意風路的設計，使主要的發(fā)熱元件處于風路上。此時機 殼的通

32、風孔并非越多越好，必須與風路設計統(tǒng)一考慮，同 時兼顧通風孔對電磁干擾等問題的影響。 許多電子設備帶有金屬外殼，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、導熱硅脂等材料散熱、絕緣等 5.4 可靠性設計 可靠性設計是以概率論、數(shù)理統(tǒng)計為基礎，綜合應 用電子學、可靠性物理學、機械工程學、系統(tǒng)工程學等 多方面知識的一種綜合性設計。 設備的可靠性定義的要素是“三規(guī)”：規(guī)定條件、 規(guī)定時間、規(guī)定功能。 可用平均故障時間MTBF來描述： MTBF=總工作時間/故障次數(shù)（h） 整機的可靠性與它所使用的元器件的可靠性、元器 件的數(shù)量、電路的設計質量、系統(tǒng)的可靠性結構類型

33、等 有關。 元器件的可靠性用失效率 表示， (t)的定義： 產(chǎn)品在t時刻后的單位時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與在t時刻還 在正常工作的產(chǎn)品數(shù)的百分比值。它是時間的函數(shù)(隨 時間而老化)： 失效個數(shù)/正常個數(shù)時間 r:失效個數(shù) N：未失效個數(shù) t:時間間隔 元器件失效率參數(shù) 由生產(chǎn)廠家提供，應按照電子 系統(tǒng)的可靠性要求和成本控制要求等選擇使用。 tN r t)( 電子設備、電子元器件、機械產(chǎn)品等的 失效率一般為： 浴盤曲線 早期失效期：由于先天不良而導致的失效， 如設計、制造、貯存等形成的缺陷。 偶然失效期：失效主要由非預期的過載、 誤操作、意外的天災等偶然因素引起。 耗損失效期：由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、

34、 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導致整個系統(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)計獨立的，則其可靠性數(shù)學模型為： （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)應選用失效率低的或集成度高的器件 a R i R n i ia RR 1 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導致整個系 統(tǒng)失效的系統(tǒng)。 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖： 假定各單元是獨立的， 則其可靠性數(shù)學模型為： 式中， -系統(tǒng)可靠度； -第i單元可靠度； -第i單元不可靠度 n i i

35、 n i ia RFR 11 )1 (11 a R i R i F 重要部件與電路應采用可靠性并聯(lián)結構設計 定義：定義：在設計階段，根據(jù)所選用的電路形式、元器件、 可靠性結構模型、工作環(huán)境、工作應力以及過去積累的統(tǒng) 計數(shù)據(jù)，推測產(chǎn)品可能達到的可靠性水平，共三種可靠性 預計方法： (1) 有源器件法：按設備為完成規(guī)定功能所需的串聯(lián) 有源器件的數(shù)目預計設備失效的方法。 (2) 元器件計數(shù)法：根據(jù)組成設備的各類元器件的通 用失效率及其使用數(shù)量，來預計設備失效率的方法。 (3) 元器件應力分析法：是考慮了溫度、電應力、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， 先預計各個元器件在上述諸因

36、素影響下的失效率，然后再 預計設備總的失效率的一種方法，此方法較精確，可滿足 工程設計要求。 可靠性預計可靠性預計 系統(tǒng)可靠性設計的基本任務： 在現(xiàn)有元器件水平的基礎上，從設備或系 統(tǒng)的總體設計、元器件選用、降額設計、散熱 設計、穩(wěn)定性設計、電磁兼容設計、耐環(huán)境設 計、工藝設計以及維修性設計等各方面，采取 各種措施，在質量、體積、性能、費用、研制 時間等因素的綜合權衡下，實現(xiàn)設備或系統(tǒng)既 定的可靠性指標。 （1）元器件正確選用、篩選 盡量選用經(jīng)過質量認證，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 或

37、使用有誤。 可靠性可靠性設計技術設計技術 質量等級：是指元器件裝機使用之前，在 制造、試驗及篩選過程中其質量的控制等級。 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)選順序國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序 n 國家標準（GB）、國軍標（GJB）、“七?！?（QZJ）、電子工業(yè)部標準（SJ）執(zhí)行 元器件的質量等級元器件的質量等級 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、質量等應滿足產(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降低采購費用； n正確的使用。 o 選擇控制的總原則 n元器件的技術性能、質量等級、使用條件等應滿足產(chǎn)品要求； n優(yōu)先選用經(jīng)實

38、踐證明質量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應渠道 可靠的標準元器件； n在產(chǎn)品設計時，應最大限度地壓縮元器件的品種、規(guī)格及其生產(chǎn)廠 點； n要嚴格控制新研元器件的使用。 （2）降額設計 降額：使元器件在低于 其額定值的應力 條件下工作。 降額設計概念降額設計概念 o 降額設計概念與目的降額設計概念與目的 n 降額設計就是使元器件或設備工作時承受的工作應力 適當?shù)陀谠骷蛟O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：電應力和溫度 n 降額設計的關鍵：降額的程度與效果； o 降額等級降額等級 n 級降額：50% n 級降額：60% n 級降額：70% 降額準則說明降

39、額準則說明 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 和費用等問題，一般參照GJB/Z-35元器件降額準則。 （3）熱設計的基本準則： 降低熱源 合理布局 有效散熱 （4）電磁兼容性設計 屏蔽 濾波 接地 （5）漂移設計：由于元器件的性能參數(shù)會隨時間而發(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，并添加溫度補償電路，又要經(jīng)濟合理。 （6）三防設計： 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、

40、降低環(huán)境相對 濕度、紫外線輻照、表面涂防霉劑。 （7）冗余設計： 冗余設計：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 計。 （8）維修性設計： 電子設備一般都是可修復產(chǎn)品。不但要 求少出故障，而且要求一旦出了故障時能很快 修復。 維修性設計幾個考慮方面：易裝易拆、 易檢查易校準易恢復、互換性好等。 （9）人為因素設計 人機交互界面友好，操作簡單、便利、自動 化程度高，軟件增加抗干擾設計。 工藝結構可靠性設計 1)隔振和緩沖 電子設備在運輸，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，結構設計和大質量元件安 裝須考慮專門的隔振與緩沖。 常用的有

41、橡膠減振器和金屬彈簧減振器。 2)防腐蝕設計 電子設備接觸大氣、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 下工作的電子設備，以及在野外、地下長年工作的無 人值守的電子設備，其電子元件和結構都應考慮采取 防護設計。 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 電子設備中的開關、繼電器、電刷等帶觸點 部分的元件，染塵后將影響性能，對這一類有 特殊要求的電子設備，通常對整機作全封閉處 理。 5.5 印制電路板的設計與裝配 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體而得到的可焊 接

42、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、裝配的機械支撐 2：實現(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 別圖形標準 按材質類型分類： 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

43、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 在設計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）符合人的讀圖習慣 （2）盡量體現(xiàn)出電路原理方面的結構、特點，容易理解 （圖形文件） （3）符合一定的技術標準 原理圖中的幾個要素： （1）元件：元件標號、參數(shù)、型號和封裝等 （2）連線：細線、總線等 （3）網(wǎng)絡標號 （4）注釋 原理圖設計原理圖設計 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

44、分，次要部分布在圖紙的周圍 2）以信號的流程為導向，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)絡標號連接 印制電路板基本知識(PCB) 1) 基材，可分為剛性覆銅箔板、復合材料基板和特 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(blind via)、埋孔 (buried via)和通孔(

45、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。 通孔則穿過整個電路板，可用于實現(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 3) 導線 (1) 導線寬度，導線寬度應盡可能選擇寬，須考慮電 流負荷和阻抗匹配。 (2) 導線間距，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。 (2) 焊盤形狀，焊盤主要由圓形、方形、橢圓形等。 印制電

46、路板基本知識 5）PCB版的制作流程： 設計PCB板圖、光繪成正像膠片、準備敷銅板、上保護 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的設計 一、設計工具：Protel（Powerpcb、Cadence） 二、設計過程： PCB板的設計可分為設計準備、網(wǎng)絡表輸入、規(guī)則設置、 元器件布局、布線、檢查、復查和輸出8個步驟。 1) 印制電路板設計準備（封裝文件）。 (1) 標準元件的建立 (2) 特殊元件的建立 (3) 具體 設計文件的建立。 2) 網(wǎng)絡表輸入。 3) 規(guī)則設置(重點分層設計) PCBPCB分層設計原則（了解）分層設計原則（了解） 【設計原則設計原則】

47、：時鐘頻率超過：時鐘頻率超過10MHz，或信號上升時間小于，或信號上升時間小于5ns時，時， 推薦用多層板。推薦用多層板。 【原理分析原理分析】：多層板可很好地控制信號回路面積。：多層板可很好地控制信號回路面積。 PinPin密度密度1.01.00.6-1.00.6-1.00.4-0.60.4-0.60.3-0.40.3-0.40.2-0.30.2-0.3 0.2 14 14 板面積（平方英寸） Pin密度= （板上管腳總數(shù)/14） 【設計原則設計原則】：在單、雙層板中，電源走線附近最好有地線與其緊鄰、：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。平行走線。 【原理分析原理分析

48、】：減小電源電流回路面積。：減小電源電流回路面積。 【設計原則設計原則】：分層設計時，避免布線層相鄰。如無法避免，拉大兩布線層間距，：分層設計時，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?？s小布線層與其信號回路層間距。 【原理分析原理分析】：相鄰布線層上的平行信號走線會導致信號串擾。：相鄰布線層上的平行信號走線會導致信號串擾。 “布線層1”與“布線層2”不宜相 鄰 【設計原則設計原則】：相鄰平面層應避免其投影平面重疊。：相鄰平面層應避免其投影平面重疊。 【原理分析原理分析】：投影重疊時，層層間耦合電容致層間噪聲耦合。：投影重疊時，層層間耦合電容致層間噪聲耦合

49、。 投影重疊區(qū)域 等效圖 4)PCB4)PCB布局設計布局設計 【設計原則設計原則】：PCB布局，沿信號流向直線放置原則，避免來回環(huán)繞。布局，沿信號流向直線放置原則，避免來回環(huán)繞。 【原理分析原理分析】：避免信號直接耦合，影響信號質量。：避免信號直接耦合，影響信號質量。 【設計原則設計原則】：多個模塊在同一板子時，數(shù)：多個模塊在同一板子時，數(shù) / 模、高速模、高速 / 低速等分開布局。低速等分開布局。 【原理分析原理分析】：避免數(shù)：避免數(shù) / 模、高速模、高速 / 低速電路的串擾。低速電路的串擾。 【設計原則設計原則】：PCB上同時存在高、中、低速電路時，遵從下圖布局原則。上同時存在高、中、低

50、速電路時，遵從下圖布局原則。 【原理分析原理分析】：避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。：避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。 【設計原則設計原則】：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的in / out端、端、 風扇、繼電器）附近應放置儲能和高頻濾波電容。風扇、繼電器）附近應放置儲能和高頻濾波電容。 【原理分析原理分析】：儲能電容的存在可以減小大電流的回路面積。：儲能電容的存在可以減小大電流的回路面積。 【設計原則設計原則】：PCB板接口電路的濾波、防護及隔離器件應靠近接口放置。板接口電路的濾波、防護及隔離器件應靠近接口放置。 【原理分析原理分

51、析】：防護、濾波和隔離效果好。：防護、濾波和隔離效果好。 X 【設計原則設計原則】：接口處有濾波和防護電路，應先防護，后濾波。：接口處有濾波和防護電路，應先防護，后濾波。 【原理分析原理分析】：防護電路用來進行外部過壓和過流抑制，如果：防護電路用來進行外部過壓和過流抑制，如果 防護電路放置濾波電路之后，濾波電路可能會過壓、過流防護電路放置濾波電路之后，濾波電路可能會過壓、過流 損壞。損壞。 【設計原則設計原則】：晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件離：晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件離PCB接口連接口連 接器接器1000mil。(敏感電路或器件同樣適用敏感電路或器件同樣適用) 【原理分析原理分

52、析】：干擾會直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向：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。外輻射。 【設計原則設計原則】：IC濾波電容應靠近芯片供電管腳。濾波電容應靠近芯片供電管腳。 【原理分析原理分析】：電容離管腳越近，高頻回路面積越小，輻射越小。：電容離管腳越近，高頻回路面積越小，輻射越小。 【設計原則設計原則】：對始端串聯(lián)匹配電阻，應靠近其信號輸出端放置。：對始端串聯(lián)匹配電阻，應靠近其信號輸出端放置。 【原理分析原理分析】：始端串聯(lián)匹配電阻的設計原理是：始端串聯(lián)匹配電阻的設計原理是ZSRSZ0， ，如果 如果 Rs遠離輸出端，則遠離輸出端，則ZSRSZ0， ，起不到匹

53、配效果。 起不到匹配效果。 主要針對長距離傳輸主要針對長距離傳輸 【設計原則設計原則】：PCB走線，例如：時鐘線，與總線的粗細應一致。走線，例如：時鐘線，與總線的粗細應一致。 【原理分析原理分析】：粗細不一致時，走線阻抗突變，導致信號發(fā)射，：粗細不一致時，走線阻抗突變，導致信號發(fā)射， 從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強烈的從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強烈的EMI輻射。輻射。 GND 晶振 R 強烈的EMI源 【設計原則設計原則】：差分信號線應同層、等長、并行走線，保持阻抗一：差分信號線應同層、等長、并行走線，保持阻抗一 致，差分線間無其它走線。致，差分線間無其它走線。 【原理分析原理分析】：保證差分線對的

54、共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。：保證差分線對的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。 【設計原則設計原則】：單板上濾波器（濾波電路）下方?jīng)]有無關信號走線。：單板上濾波器（濾波電路）下方?jīng)]有無關信號走線。 【原理分析原理分析】：分布電容會削弱濾波器的濾波效果。：分布電容會削弱濾波器的濾波效果。 【設計原則設計原則】：單面板或雙面板，電源線走線很長，每隔：單面板或雙面板，電源線走線很長，每隔3000mil 對地加去耦電容（對地加去耦電容（10uF1000pF） 。 【原理分析原理分析】：濾除電源線上地高頻噪聲。：濾除電源線上地高頻噪聲。 1mil=0.0254mm 元器件布局注意事項總結 1、布局的首

55、要原則是保證布線的布通率， 移動器件時注意飛線的連接，盡量把有連線關 系的器件放在起； 2、放置器件時要考慮將來焊接和裝配時的 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。 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，常用手工布 線方式； （2）電源線的布線應盡可能加粗，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 條線粗細一致； 5) 5) 檢查、復查和印制電路板圖輸出檢查、復查和印制電路板圖輸出 可利用軟件提供的檢錯（DCR）

56、 PCB的設計注意事項 （1）熱穩(wěn)定性 （2）抗干擾性能 （3）機械強度 （4）布線及加工工藝（加工精度和成本） 熱穩(wěn)定性（熱設計） 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），所以在設計 印制電路板時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體；在平面安裝時 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， 設計印制電路板時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

57、穩(wěn)定性設計 （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、風冷.）， 并使熱量盡可能的排到機箱外 （5）使用導熱硅脂等輔助材料 一個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、抗干擾性能設計 （1）干擾敏感元件和干擾源之間拉開距離，并隔離，如導線隔離、 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開，減小帶寬（濾波）； （3）合理進行地線層分割，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，減少導線長度，盡量 使