提高電路可靠性的PCB設計原那么電路板PCB的設計質量好壞直接影響著整個電路的正常工作與否。有時候即使電路原理圖和試驗板都試驗正確，如果電路板PCB設計不當，也會對設計的電子產品的可靠性產生不利影響。因此，在設計電路板的時候，應格外注意采用科學的方法進行PCB板的可靠性設計。1.“可靠性”概述1.1.“可靠性”的定義產品的可靠性是指:產品在規定的條件下,在規定的時間完成規定的功能和能力。一臺電子產品或儀器設備，當人們要求它工作時，它就能工作，那么說它是可靠的；而當人們要求它工作時，它有時工作，有時不工作，那么稱它是不可靠的。因此，“可靠性”實際指的是“可信賴的”，或“可信任的”。1.2.可靠性指標(1)可靠度:在規定的條件下,規定時間內完成規定的功能和能力的概率,即平均無故障時間。(2)平均維修時間:產品從發現故障到恢復功能所需要的時間。(3)失效率:產品在規定使用條件下,使用到某一時間,產品失效的概率。2電路板設計準那么2.1.電磁兼容性設計印制電路板中的電磁兼容設計尤為重要。電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中能夠正常工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。

.選擇合理的布線

印制電路板中選擇合理的布線也是提高電磁兼容的好方法。為了抑制印制電路板導線之間的串擾，在設計布線時應盡量防止長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉，在一些對干擾十分敏感的信號線之間設置一根接地的印制線，可以有效地抑制串擾如圖1所示。圖1電路板的頂層和底層布線選擇雙面印制板也是提高電磁兼容的有效方法。具體做法是在印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連，裝配時逐一嚴格檢查金屬化孔的上下連線是否接通。采用平行走線可以減少導線電感，但導線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用雙面#字形網狀布線結構。

.抑制高頻產生的電磁輻射

為了抑制高頻信號通過印制板導線時產生的電磁輻射，在印制電路板布線時，可采取以下措施。

設計時鐘信號電路引線最容易產生電磁輻射干擾，走線時應與地線回路相靠近，不要長距離地與信號線并行走線。盡量減少印制導線的不連續性，印制板的線條寬度要規一，導線的拐角應大于90°，禁止環狀走線，如圖2。圖2環狀走線設計數字電路時，如果電原理圖中有高速、中速和低速邏輯電路時，一般在印制板布置時上部為高速電路，中部為中速電路，下部為低速電路。參考圖3的方式排列。

設計帶有總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線，對于那些離開印制電路板的引線，驅動器應緊挨著連接器。數據總線的布線應與每兩根信號線之間夾一根信號地線。設計高頻電路時一般還應考慮采用隔離設計和屏蔽盒隔離〔圖4〕的方法。印制板電路設計時器件應緊挨和就近接地方法。圖3不同速度的電路排列方法圖4屏蔽隔離

.抑制反射干擾

終端的反射干擾是印制電路板印制線條的終端反射所造成。設計時應與考慮。抑制反射干擾，除了特殊需要之外，應盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路，必要時可加終端匹配，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻，如圖5。匹配電阻的阻值應根據集成電路的輸出驅動電流及吸收電阻的最大值來決定。對一般速度較快的TLL電路，其印制線條長于10cm以上時就應采用終端匹配措施。圖5加匹配電阻抑制反射干擾

2.2.印制電路板的熱設計電子產品的設計除了整機的熱設計外，印制電路板的熱設計也是十分重要。在裝配印制電路板時，要從有利于散熱的角度出發，印制板最好是直立安裝，印制板與板之間的距離一般不應小于2cm，如圖6所示。圖6電路板的熱設計大量實踐經驗證明，采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制電路的溫升，從而使器件及設備的故障明顯下降。

.一般設計方法

進行印制電路板器件排列時，應考慮按其發熱量大小及耐熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的器件(如小規模集成電路，小信號晶體管，電解電容等)放在冷卻氣流的入口處最上端；發熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管圖7所示、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下端。有晶振電路設計時應根據精度要求，還應考慮恒溫箱和單獨設計。

對溫度比擬敏感的器件最好安置在溫度最低區域(如風道口)，千萬不要將它放在發熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。

在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；圖7功率晶體管散熱設計在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。

在儀器、設備中沒有散熱裝置，而采用自由對流空氣冷卻的，最好是將集成電路或其它器件按垂直方式排列，空間距離一般應大于2cm。

.綜合考慮

有的儀器、設備中印制電路板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設計時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板，空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動，因此在印制電路板上配置器件時，要防止在某個區域留有較大的空域；整機中多塊印制電路板的配置也應該注意類似的問題。

儀器、設備中采用強制空氣冷卻的設備，最好將集成電路或其它器件采用水平方式排列，空間距離一般不應小于2cm。2.3.地線設計地線設計是印制電路板中不可忽略的問題。接地是控制干擾的重要方法，如果將接地和屏蔽正確結合起來使用可解決大局部干擾問題。

地線設計時應考慮系統地、機殼地(屏蔽地)，數字地(邏輯地)和模擬地等。

2.3.1.地線設計時盡量粗寬

根據電路板尺寸和元器件排列設計時，接地線的寬度應大于3mm。因為接地線細，接地電位那么隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗噪聲性能變壞，解決的方法應將接地線盡量加粗圖8地線設計時盡量粗寬

.接地點的選擇

合理選擇接地點也是印制電路板的關鍵。有單點接地、多點接地、就近接地。2.3.2.1.單點接地

當信號工作頻率小于1MHz時，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。如圖9所示。當信號工作頻率小于10MHz時，應該注意，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1／20，否那么應采用多點接地法。

圖9單點接地.2.多點接地與就近接地當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用多點接地和就近接地，如圖10。圖10多點接地和就近接地

.數字電路與模擬電路分開設計

印制電路板設計時如有數字電路與模擬電路或即有高速邏輯電路，又有線性電路時，應使它們盡量分開，數字地和模擬地線不要相混，分別與電源端地線相連，要盡量加大線性電路的接地面積。

2.3.4.單純數字電路接地線可采用

閉環路設計單純數字電路接地線可采用閉環路設計，它可以提高電路在印制電路板中抗噪聲的能力。

閉環路接地設計，可以對印制電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電較多的元件時，因受接地線粗細的限制，會在地線上產生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，那么會縮小電位差值，到達提高電子設備的抗噪聲能力。2.4.退藕電容的配置(1)電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。(2)原那么上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容。(3)對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。(4)電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線〔如圖11〕。此外，還應注意以下兩點：在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時。操作它們時均會產生較大火花放電，必須采用附圖所示的RC電路來吸收放電電流。一般R取1~2K，C取2.2~47UF。CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。圖11退藕電容