電子元器件電路布局可靠性設(shè)計

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1、-9.6電子元器件電路布局的可靠性設(shè)計9.6.1電子線路的可靠性設(shè)計原則采用各種電子元器件進(jìn)行系統(tǒng)或整機(jī)線路設(shè)計時，設(shè)計師不僅必須考慮如何實現(xiàn)規(guī)定的功能，而且應(yīng)該考慮采用何種設(shè)計方案才能充分發(fā)揮元器件固有可靠性的潛力，提高系統(tǒng)或整機(jī)的可靠性水平。這就是通常所說的可靠性設(shè)計。電子線路的可靠性設(shè)計是一個內(nèi)容相當(dāng)廣泛而具體的問題，采用不同類型的器件或者要實現(xiàn)不同的電路功能，都會有不同的可靠性設(shè)計考慮。這里首先給出電子線路可靠性設(shè)計的一些基本原則，在8.6.2節(jié)再給出幾種具體電路的設(shè)計規(guī)則。1.簡化設(shè)計由于可靠性是電路復(fù)雜性的函數(shù)，降低電路的復(fù)雜性可以相應(yīng)的提高電路的可靠性，所以，在實現(xiàn)規(guī)定功能

2、的前提下，應(yīng)盡量使電路結(jié)構(gòu)簡單，最大限度的減少所用元器件的類型和品種，提高元器件的復(fù)用率。這是提高電路可靠性的一種簡單而實用的方法。簡化設(shè)計的具體方案可以根據(jù)實際情況來定，一般使用的方法有：(1)多個通道共用一個電路或器件。(2)在保證實現(xiàn)規(guī)定功能指標(biāo)的前提下，多采用集成電路，少采用分立器件，多采用規(guī)模較大的集成電路，少采用規(guī)模較小的集成電路。集成度的提高可以減少元器件之間的連線、接點以及封裝的數(shù)目，而這些連接點的可靠性常常是造成電路失效的主要原因。(3)在邏輯電路的設(shè)計中，簡化設(shè)計的重點應(yīng)該放在減少邏輯器件的數(shù)目，其次才是減少門或輸入端的數(shù)目。因為一般而言，與減少電路的復(fù)雜度相比較，提

3、高電路的集成度對于提高系統(tǒng)可靠性的效果更為明顯。(4)多采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的元器件，少采用特殊的或未經(jīng)定型和考驗的元器件。(5)能用軟件完成的功能，不要用硬件實現(xiàn)。(6)能用數(shù)字電路實現(xiàn)的功能，不要用模擬電路完成，因為數(shù)字電路的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化程度相對較高。但是，有時模擬電路的功能用數(shù)字電路實現(xiàn)會導(dǎo)致器件數(shù)目的明顯增加，這時就要根據(jù)具體情況統(tǒng)籌考慮，力求選用最佳方案。在簡化設(shè)計時應(yīng)注意三點：：一是減少元器件不會導(dǎo)致其它元器件承受應(yīng)力的增加，或者對其它元器件的性能要求更加苛刻；二是在用一種元器件完成多種功能時，要確認(rèn)該種器件在性能指標(biāo)和可靠性方面是否能夠同時滿足幾個方面的要求；三是為滿足系統(tǒng)

4、安全性、穩(wěn)定性、可測性、可維修性或降額和冗余設(shè)計等的要求所增加的電路或元器件不能省略。2.低功耗設(shè)計電子系統(tǒng)向著小型化和高密度化發(fā)展，使得其內(nèi)部熱功率密度增加，可靠性隨之降低。降低電路的功耗，是減少系統(tǒng)內(nèi)部溫升的主要途徑。這可以從兩方面著手，一是盡量采用低功耗器件，如在滿足工作速度的情況下，盡量采用CMOS電路。而不用TTL電路；二是在完成規(guī)定功能的前提下，盡量簡化邏輯電路，并更多的讓軟件來完成硬件的功能，以減少整機(jī)硬件的數(shù)量。.---3.保護(hù)電路設(shè)計電子系統(tǒng)在工作中可能會受到各種不適當(dāng)應(yīng)力或外界干擾信號的影響，造成電路工作不正常，嚴(yán)重時會導(dǎo)致內(nèi)部器件的損壞。為此，在電路設(shè)計中，有必要根

5、據(jù)具體情況設(shè)計必要的保護(hù)電路。如在電路的信號輸入端設(shè)計靜電保護(hù)電路，在電源輸入端設(shè)計浪涌干擾抑制電路，在高頻高速電路中加入噪聲抑制或吸收網(wǎng)絡(luò)。具體保護(hù)電路的形式可參閱本書有關(guān)章節(jié)。4.靈敏度分析組成電子系統(tǒng)的各個電路對于系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)并不相同，而組成電路的各個元器件對于該電路可靠性的貢獻(xiàn)也不會一樣。常常會有這樣的情況，某個元器件的參數(shù)退化嚴(yán)重，但對電路性能的影響甚微；而另一個元器件稍有變化，就對電路性能產(chǎn)生顯著影響。這是因為一個元器件對于電路可靠性的影響（或一個子電路對于系統(tǒng)可靠性的影響）不僅取決于該元器件（或子電路）自身的質(zhì)量，而且取決于該元器件（或子電路）造成電路（或系統(tǒng)）性能變化

6、的靈敏度。因此，在電路設(shè)計中，應(yīng)進(jìn)行靈敏度分析，確定對電路性能影響顯著的關(guān)鍵元器件或子電路。對其進(jìn)行重點設(shè)計。靈敏度分析可借助于現(xiàn)有的電路模擬器或邏輯模擬器完成。這是提高電路可靠性的一個經(jīng)濟(jì)有效的方法。5.基于元器件的穩(wěn)定參數(shù)和典型特性進(jìn)行設(shè)計電路設(shè)計通常必須依據(jù)所選用器件的參數(shù)指標(biāo)來進(jìn)行。為了保證電路的可靠性，只要可能，電路性能應(yīng)該基于器件的最穩(wěn)定的參數(shù)來設(shè)計，同時應(yīng)留出一些允許變化的余量。對于那些由于工藝離散性以及隨時間、溫度和其它環(huán)境應(yīng)力而變化的不太穩(wěn)定的性能參數(shù)，設(shè)計時應(yīng)給予更為寬容的限制。對于那些不確定的無法控制的性能參數(shù)，設(shè)計時不宜采納，否則無法保證電路的可靠性和制造的可重復(fù)

7、性。如果產(chǎn)品手冊中記載有所需的特性曲線圖、外部電路參數(shù)或典型應(yīng)用電路時，應(yīng)盡可能使用該特性曲線或電路方案進(jìn)行設(shè)計。6.均衡設(shè)計在設(shè)計一個電子系統(tǒng)時，總是要先將其分割為若干個電路塊，以便完成不同的功能。在系統(tǒng)分割時，應(yīng)注意電路功能和結(jié)構(gòu)的均衡性，這樣對提高系統(tǒng)可靠性有利。這主要體現(xiàn)在兩個方面：一是每塊電路的功能應(yīng)相對完整，盡量減少各個電路之間的聯(lián)接，以削弱互連對電路可靠性的影響；二是各個電流所含元器件的數(shù)量不要過于集中帶來的不可靠因素