電子元器件電路布局的可靠性設(shè)計(jì).doc

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1、9.6電子元器件電路布局的可靠性設(shè)計(jì)9.6.1電子線路的可靠性設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師不僅必須考慮如何實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能，而且應(yīng)該考慮采用何種設(shè)計(jì)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(shuō)的可靠性設(shè)計(jì)。電子線路的可靠性設(shè)計(jì)是一個(gè)內(nèi)容相當(dāng)廣泛而具體的問(wèn)題，采用不同類型的器件或者要實(shí)現(xiàn)不同的電路功能，都會(huì)有不同的可靠性設(shè)計(jì)考慮。這里首先給出電子線路可靠性設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)則。1.簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)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

2、應(yīng)的提高電路的可靠性，所以，在實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的前提下，應(yīng)盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)單而實(shí)用的方法。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的具體方案可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定，一般使用的方法有：(1)多個(gè)通道共用一個(gè)電路或器件。(2)在保證實(shí)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(diǎn)以及封裝的數(shù)目，而這些連接點(diǎn)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(jì)中，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該放在減少邏

3、輯器件的數(shù)目，其次才是減少門或輸入端的數(shù)目。因?yàn)橐话愣?，與減少電路的復(fù)雜度相比較，提高電路的集成度對(duì)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(yàn)的元器件。(5)能用軟件完成的功能，不要用硬件實(shí)現(xiàn)。(6)能用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的功能，不要用模擬電路完成，因?yàn)閿?shù)字電路的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較高。但是，有時(shí)模擬電路的功能用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致器件數(shù)目的明顯增加，這時(shí)就要根據(jù)具體情況統(tǒng)籌考慮，力求選用最佳方案。在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意三點(diǎn)：：一是減少元器件不會(huì)導(dǎo)致其它元器件承受應(yīng)力的增加，或者對(duì)其它元器件的性能

4、要求更加苛刻；二是在用一種元器件完成多種功能時(shí)，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(shí)滿足幾個(gè)方面的要求；三是為滿足系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可測(cè)性、可維修性或降額和冗余設(shè)計(jì)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(jì)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(jiǎn)化邏輯電路，并更多的讓軟件來(lái)完成硬件的功能，以減少整機(jī)

5、硬件的數(shù)量。3.保護(hù)電路設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)在工作中可能會(huì)受到各種不適當(dāng)應(yīng)力或外界干擾信號(hào)的影響，造成電路工作不正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部器件的損壞。為此，在電路設(shè)計(jì)中，有必要根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)必要的保護(hù)電路。如在電路的信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)靜電保護(hù)電路，在電源輸入端設(shè)計(jì)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(gè)電路對(duì)于系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)并不相同，而組成電路的各個(gè)元器件對(duì)于該電路可靠性的貢獻(xiàn)也不會(huì)一樣。常常會(huì)有這樣的情況，某個(gè)元器件的參數(shù)退化嚴(yán)重，但對(duì)電路性能的影響甚微；而另一個(gè)元器

6、件稍有變化，就對(duì)電路性能產(chǎn)生顯著影響。這是因?yàn)橐粋€(gè)元器件對(duì)于電路可靠性的影響（或一個(gè)子電路對(duì)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)）性能變化的靈敏度。因此，在電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)進(jìn)行靈敏度分析，確定對(duì)電路性能影響顯著的關(guān)鍵元器件或子電路。對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。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(gè)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(jì)電路設(shè)計(jì)通常必須依據(jù)所選用器件的參數(shù)指標(biāo)來(lái)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

7、器件的最穩(wěn)定的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)留出一些允許變化的余量。對(duì)于那些由于工藝離散性以及隨時(shí)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(jì)時(shí)應(yīng)給予更為寬容的限制。對(duì)于那些不確定的無(wú)法控制的性能參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)不宜采納，否則無(wú)法保證電路的可靠性和制造的可重復(fù)性。如果產(chǎn)品手冊(cè)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(shí)，應(yīng)盡可能使用該特性曲線或電路方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。6.均衡設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)一個(gè)電子系統(tǒng)時(shí)，總是要先將其分割為若干個(gè)電路塊，以便完成不同的功能。在系統(tǒng)分割時(shí)，應(yīng)注意電路功能和結(jié)構(gòu)的均衡性，這樣對(duì)提高系統(tǒng)可靠性有利。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是

8、每塊電路的功能應(yīng)相對(duì)完整，盡量減少各個(gè)電路之間的聯(lián)接，以削弱互連對(duì)電路可靠性的影響；二是各個(gè)電流所含元器件的數(shù)量不要過(guò)于集中帶來(lái)的不可靠因素，同時(shí)也方