系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)的工程問(wèn)題詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)（優(yōu)選）系統(tǒng)集成第五章電子系統(tǒng)的工程問(wèn)題當(dāng)前第2頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(wèn)題5.2.2干擾的類(lèi)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)方法當(dāng)前第3頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)5.2.1電磁干擾與電磁兼容問(wèn)題

在工業(yè)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)存在著嚴(yán)重的干擾，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(chǎng)的測(cè)量造成影響，輕則影響其精度，重則是系統(tǒng)無(wú)法工作。當(dāng)前第4頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)電磁干擾與電磁兼容概念

現(xiàn)代電子產(chǎn)品，功能越來(lái)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(wèn)題。 電子設(shè)備的周?chē)錆M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?chē)姶怒h(huán)境的污染，這就是電磁兼容(EMC)問(wèn)題。

EMC=ElectroMagneticCompatibility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。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(guó)或地區(qū)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。（國(guó)標(biāo)GB/T4365-1995）當(dāng)前第5頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(guò)認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試確認(rèn)，并通過(guò)頒發(fā)認(rèn)證證書(shū)和認(rèn)證標(biāo)志來(lái)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(guó)EMC認(rèn)證已納入3C認(rèn)證范圍(中國(guó)強(qiáng)制認(rèn)證，英文名稱(chēng)為“ChinaCompulsoryCertification”，英文縮寫(xiě)為“CCC”，也可簡(jiǎn)稱(chēng)為“3C認(rèn)證”)，國(guó)家對(duì)有強(qiáng)制性電磁兼容國(guó)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)督管理（沒(méi)有進(jìn)行電磁兼容安全認(rèn)證就不能進(jìn)入流通領(lǐng)域)。當(dāng)前第6頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)EMC結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前第7頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)1）電源（專(zhuān)項(xiàng)測(cè)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：當(dāng)前第8頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)EMI：分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾 傳導(dǎo)干擾：通過(guò)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(guò)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(lèi)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(wèn)題當(dāng)前第9頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(guò)場(chǎng)傳輸） 影響： 輻射超標(biāo) 抗干擾差當(dāng)前第10頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)傳導(dǎo)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(guò)線傳輸）。

影響： 傳導(dǎo)超標(biāo)：通過(guò)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)品影響當(dāng)前第11頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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、濾波干擾源接收器當(dāng)前第12頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)EMC測(cè)試 電磁屏蔽室電源濾波器通風(fēng)板電纜接線板通風(fēng)板分為傳導(dǎo)測(cè)試和輻射測(cè)試當(dāng)前第13頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)EMC常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目靜電放電抗擾度GB/T17626.2;IEC61000-4-2電快速瞬變/脈沖群抗擾度GB/T17626.4;IEC61000-4-4輻射電磁場(chǎng)浪涌（雷擊）抗擾度注入電流抗擾度電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度當(dāng)前第14頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 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(wàn)伏的感應(yīng)靜電。此時(shí)，如果觸摸甚至靠近MOS類(lèi)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當(dāng)前第15頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

另外，過(guò)度的電磁干擾會(huì)危害人體健康，破壞生態(tài)平衡當(dāng)前第16頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 舉例：

使用手機(jī)會(huì)對(duì)電視機(jī)造成干擾，在電視畫(huà)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)遭到電磁干擾可能失效；當(dāng)前第17頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)5.2.2干擾的類(lèi)型

1)自然干擾源靜電、雷電及來(lái)自外太空的電磁干擾（如宇宙射線、太陽(yáng)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(lèi)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(wú)用的信號(hào)即為干擾信號(hào)，如電臺(tái)發(fā)射的無(wú)線電波、繼電器的切換噪聲、汽車(chē)的點(diǎn)火電火花污染等。一、外部干擾當(dāng)前第18頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)典型設(shè)備承受的干擾當(dāng)前第19頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無(wú)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，溫升越低噪聲越小，所以要盡量抑制溫度的上升。感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的電磁感應(yīng)而造成的各電路的相互干擾所引起的噪聲。二、內(nèi)部干擾當(dāng)前第20頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(guò)“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)）當(dāng)前第21頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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。

當(dāng)前第22頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)電磁干擾的傳播途徑：1、電場(chǎng)傳播——電容耦合（原理）寄生電容當(dāng)前第23頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)2、磁場(chǎng)傳播變壓器原理當(dāng)前第24頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

當(dāng)接收電路距噪聲源較遠(yuǎn)時(shí)（），噪聲源主要通過(guò)輻射電磁場(chǎng)傳播（天線效應(yīng)），噪聲電壓為：式中：E——輻射場(chǎng)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3、輻射電磁場(chǎng)傳播當(dāng)前第25頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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(kāi)或單獨(dú)接地當(dāng)前第26頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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。當(dāng)前第27頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(guò)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。當(dāng)前第28頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)干擾的主要形式 1、空間干擾

空間干擾主要指電磁場(chǎng)在線路、導(dǎo)體、殼體上的輻射而引起的噪聲。干擾來(lái)自于系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，系統(tǒng)本身既可能接受外來(lái)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(guò)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。

當(dāng)前第29頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)2．過(guò)程通道干擾 過(guò)程通道是電子系統(tǒng)相互通道進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?。長(zhǎng)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)延遲、畸變、衰減與通道干擾耦合(串?dāng)_)，還接收空間電磁場(chǎng)的干擾。 為保證長(zhǎng)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(wèn)題。串模干擾模型當(dāng)前第30頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(lái)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(guò)壓常常達(dá)到額定電壓的15%以上。 供電系統(tǒng)干擾問(wèn)題通過(guò)穩(wěn)壓、隔離、濾波等措施加以解決。當(dāng)前第31頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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，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(lái)，使它們相輔相成，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。當(dāng)前第32頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

1．硬件抗干擾措施（根據(jù)干擾形式） (1)切斷來(lái)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(méi)有內(nèi)阻，無(wú)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(lái)源于電源。在某些大功率設(shè)備的電網(wǎng)中，對(duì)電源檢測(cè)，在50周正弦波上疊加有1000多伏的尖峰電壓。當(dāng)前第33頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)常見(jiàn)交流電源噪聲種類(lèi)（1）過(guò)壓、欠壓（2）浪涌（>10％～15％），（3）尖峰電壓（4）射頻干擾可采用交流濾波器+交流穩(wěn)壓器當(dāng)前第34頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)基本措施:

（1）交流進(jìn)線端加交流濾波器。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(kāi)，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過(guò)，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、橋式整流當(dāng)前第35頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

（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(kāi)，減少耦合干擾。交流電源線與直流電源線及信號(hào)線分開(kāi)走線。

典型線形電源設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)：EMI濾波+DC-DC+電容電感等濾波當(dāng)前第36頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)(2)切斷來(lái)自過(guò)程通道的干擾（隔離與匹配）

①模擬信號(hào)通過(guò)隔離放大器進(jìn)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(guò)程通道中的干擾可以被有效地消除。（隔離運(yùn)放） ②數(shù)字信號(hào)采用光電耦合器隔離，隔離過(guò)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。當(dāng)前第37頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)③采用變壓器隔離（射頻）驅(qū)動(dòng)大電流用繼電器隔離分為機(jī)械和固態(tài)當(dāng)前第38頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

④模擬地和數(shù)字地分開(kāi)，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。

⑤

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(wú)法形成足夠的光通量，因而傳輸中斷。

當(dāng)前第39頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

⑥

采用雙絞線或同軸電纜傳輸。使用平行線時(shí)，當(dāng)信號(hào)線周?chē)姶艌?chǎng)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(chǎng)變化引起的干擾具有一定的抑制效果。（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。目前流行光纖傳輸當(dāng)前第40頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

⑦

長(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?。長(zhǎng)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）

⑧

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(chǎng)因具有特定的方向性，應(yīng)考慮它們對(duì)其他電路的影響。當(dāng)前第41頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

⑨濾波采用濾波器使信號(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。當(dāng)前第42頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 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(guò)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(chǎng)”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。⑩屏蔽技術(shù)當(dāng)前第43頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

(3)抑制空間干擾（屏蔽與接地）

①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。②系統(tǒng)中敏感部件遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)功率源。③長(zhǎng)線傳輸使用同軸電纜或屏蔽線。④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。

當(dāng)前第44頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) ①接地設(shè)計(jì):

地的分類(lèi)：信號(hào)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(jī)殼接大地當(dāng)前第45頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)，不可避免的存在導(dǎo)線的阻抗，地線是信號(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。當(dāng)前第46頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)高電壓、大電流最好靠近電源輸出端當(dāng)前第47頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)當(dāng)前第48頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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(wèn)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，地線電流大，應(yīng)盡量降低地線阻抗形成地平面，并采用就近多點(diǎn)接地法。

(b)數(shù)字信號(hào)地與模擬信號(hào)地分開(kāi)連接，最終單點(diǎn)相連，消除地電路經(jīng)過(guò)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。

當(dāng)前第49頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

②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。 ③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個(gè)10~100uF(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(zhǎng)，特別是高頻旁路電容不能有長(zhǎng)引線。當(dāng)前第50頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

④印刷電路板尺寸與器件布置印刷電路板過(guò)大時(shí)，印刷線條長(zhǎng)，阻抗增加，不僅抗干擾能力下降，而且成本提高； 過(guò)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)敏感電路應(yīng)遠(yuǎn)離大電流噪聲電路。例如：信號(hào)線與其他器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離晶振或大功率器件;控制電路與驅(qū)動(dòng)電路分板制作。

當(dāng)前第51頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)電磁兼容控制的一般策略表當(dāng)前第52頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)高頻布線的抗干擾問(wèn)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(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)隔離當(dāng)前第53頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 4）高頻情況下，銅膜線、焊盤(pán)、過(guò)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)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(zhǎng)度等于1／4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變得很高，地線變成了天線，會(huì)向外輻射噪聲。(多層板設(shè)計(jì))當(dāng)前第54頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(yùn)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(jié)合起來(lái)。在電子系統(tǒng)中常用的軟件抗干擾措施有以下幾種：

當(dāng)前第55頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) (1)數(shù)字濾波（FIR）

在數(shù)采系統(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：

①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(guò)，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。當(dāng)前第56頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)②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。③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，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)。當(dāng)前第57頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)④

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O＜Q＜1；

——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。

當(dāng)前第58頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)(2)設(shè)置自檢程序 軟件中加自檢程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前和運(yùn)行中不斷測(cè)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(lái)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)等當(dāng)前第59頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：

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(xiě)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(chǎng)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?？偨Y(jié)當(dāng)前第60頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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)。當(dāng)前第61頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

電子器件的故障與其工作溫度有密切關(guān)系：

對(duì)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。如:硅PNP型晶體管，高低溫失效率之比為6:1當(dāng)前第62頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)熱對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響統(tǒng)計(jì)（1）電子設(shè)備的失效原因中有55％是由于溫度過(guò)高引起的。（2）電子元器件溫度每升高10℃，其可靠性下降一倍。摘自美空軍整體計(jì)劃分析報(bào)告當(dāng)前第63頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)熱量產(chǎn)生的原因電子設(shè)備經(jīng)受的熱應(yīng)力來(lái)源于以下幾個(gè)方面：（1）工作過(guò)程中，功率元件耗散的熱量。（2）電子設(shè)備周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境，通過(guò)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。

當(dāng)前第64頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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。當(dāng)前第65頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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)存溫度當(dāng)前第66頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(lái)說(shuō)，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％。當(dāng)前第67頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 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，以提高使用壽命(不同器件降額參數(shù)不同) 低功率器件選型舉例：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(少用TTL)…當(dāng)前第68頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(收斂)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，充分利用熱傳導(dǎo)

3）發(fā)熱高、輻射大的元件可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)安裝在一塊印制板上，密封、隔離 當(dāng)前第69頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)二熱阻處理 熱阻用來(lái)說(shuō)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?！鱐＝RQ熱阻的單位是℃/W。 熱阻與傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度成正比，與通過(guò)的截面積成反比，與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比,熱阻：

R＝L/(λS)

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(yīng)有絕熱或隔熱物體 3）發(fā)熱元件不能密集安裝，排列要適中當(dāng)前第70頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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）靠近通風(fēng)口的空氣流動(dòng)方向當(dāng)前第71頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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)口要利于空氣對(duì)流當(dāng)前第72頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)三降溫處理 自然冷卻裝置無(wú)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(chēng)電路，使兩個(gè)與溫度有關(guān)的元件在同一溫度場(chǎng)，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）當(dāng)前第73頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

3.2控溫處理 增加專(zhuān)門(mén)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。當(dāng)前第74頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)整機(jī)的散熱

機(jī)箱開(kāi)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(wèn)題的影響。 許多電子設(shè)備帶有金屬外殼，常用來(lái)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(wèn)題。增加云母片、導(dǎo)熱硅脂等材料散熱、絕緣等當(dāng)前第75頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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?？捎闷骄收蠒r(shí)間MTBF來(lái)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(lèi)型等有關(guān)。當(dāng)前第76頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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)×?xí)r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。

當(dāng)前第77頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)電子設(shè)備、電子元器件、機(jī)械產(chǎn)品等的失效率一般為：當(dāng)前第78頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)浴盤(pán)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(guò)載、誤操作、意外的天災(zāi)等偶然因素引起。 耗損失效期：由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損等耗損原因引起。當(dāng)前第79頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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串聯(lián)系統(tǒng)可靠性當(dāng)前第80頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)當(dāng)前第81頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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)當(dāng)前第82頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)當(dāng)前第83頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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(guò)去積累的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推測(cè)產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平，共三種可靠性預(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(lèi)元器件的通用失效率及其使用數(shù)量，來(lái)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)要求?？煽啃灶A(yù)計(jì)當(dāng)前第84頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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)。當(dāng)前第85頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

（1）元器件正確選用、篩選 盡量選用經(jīng)過(guò)質(zhì)量認(rèn)證，現(xiàn)場(chǎng)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?？煽啃栽O(shè)計(jì)技術(shù)當(dāng)前第86頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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(guò)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(guó)產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國(guó)軍標(biāo)（GJB）、“七專(zhuān)”（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)當(dāng)前第87頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)元器件的選擇與控制目的保證元器件的性能、質(zhì)量等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；保證暢通的采購(gòu)渠道、穩(wěn)定的貨源；減少品種；降低采購(gòu)費(fèi)用；正確的使用。選擇控制的總原則元器件的技術(shù)性能、質(zhì)量等級(jí)、使用條件等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求；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；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)；要嚴(yán)格控制新研元器件的使用。當(dāng)前第88頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)（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。當(dāng)前第89頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)降額設(shè)計(jì)概念降額設(shè)計(jì)概念與目的降額設(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)?shù)陀谠骷蛟O(shè)備的額定值；降低基本故障率、提高使用可靠性的目的；降額主要因素：電應(yīng)力和溫度降額設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：降額的程度與效果；降額等級(jí)Ι級(jí)降額：50%Π級(jí)降額：60%Ш級(jí)降額：70%當(dāng)前第90頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)降額準(zhǔn)則說(shuō)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(fèi)用等問(wèn)題，一般參照GJB/Z-35《元器件降額準(zhǔn)則》。當(dāng)前第91頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)（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

當(dāng)前第92頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) （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。①防潮：防水處理、灌封處理、塑料封裝、金屬封裝。②防鹽霧：電鍍、表面涂敷。③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的一種設(shè)計(jì)。當(dāng)前第93頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

（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）人為因素設(shè)計(jì) 人機(jī)交互界面友好，操作簡(jiǎn)單、便利、自動(dòng)化程度高，軟件增加抗干擾設(shè)計(jì)。當(dāng)前第94頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(guò)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(zhuān)門(mén)的隔振與緩沖。常用的有橡膠減振器和金屬?gòu)椈蓽p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(zhǎng)期處于鹽霧、酸霧、高溫下工作的電子設(shè)備，以及在野外、地下長(zhǎng)年工作的無(wú)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。當(dāng)前第95頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn) 3)防塵、防爆電子設(shè)備中的開(kāi)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(lèi)有特殊要求的電子設(shè)備，通常對(duì)整機(jī)作全封閉處理。當(dāng)前第96頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(chēng)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：?jiǎn)蚊姘咫p面板多層板當(dāng)前第97頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(lèi)型分類(lèi)：1、剛性印刷板2、柔性印刷板當(dāng)前第98頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)電路板的層（Layer）

電路板層為銅箔層,如下：其分為：?jiǎn)蚊姘咫p面板多層板頂層Top過(guò)孔Via底層Bottom中間層Mid絕緣層多層板當(dāng)前第99頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)各種膜（Mask）

焊盤(pán)阻焊膜（SolderMask）絲印膜（Silkscreen）助焊膜（PastMask）當(dāng)前第100頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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，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(xí)慣（2）盡量體現(xiàn)出電路原理方面的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，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)、型號(hào)和封裝等（2）連線：細(xì)線、總線等（3）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)（4）注釋當(dāng)前第101頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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?chē)?/p>

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）整個(gè)圖紙布局要相對(duì)勻稱(chēng)，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?zhuān)?）布線

橫平豎直，減少交叉，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(zhǎng)的連線用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接當(dāng)前第102頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)印制電路板基本知識(shí)(PCB)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種。2)過(guò)孔，作用上看過(guò)孔分成兩類(lèi)：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(lèi)，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)。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(huì)延伸到電路板的表面。上述兩類(lèi)孔都位于電路板的內(nèi)層。通孔則穿過(guò)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。當(dāng)前第103頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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，須考慮電流負(fù)荷和阻抗匹配。

(2)導(dǎo)線間距，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(pán)，固定元器件的引腳

(1)焊盤(pán)尺寸，焊盤(pán)尺寸與引腳尺寸、布線寬度有關(guān)。

(2)焊盤(pán)形狀，焊盤(pán)主要由圓形、方形、橢圓形等。當(dāng)前第104頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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、上助焊劑當(dāng)前第105頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)PCB的設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)工具：Protel（Powerpcb、Cadence）

二、設(shè)計(jì)過(guò)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（封裝文件）。

(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(重點(diǎn)分層設(shè)計(jì))

當(dāng)前第106頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)PCB分層設(shè)計(jì)原則（了解）【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘頻率超過(guò)10MHz，或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns時(shí)，推薦用多層板?！驹矸治觥浚憾鄬影蹇珊芎玫乜刂菩盘?hào)回路面積。Pin密度>1.00.6-1.00.4-0.60.3-0.40.2-0.3<0.2信號(hào)層數(shù)2246810板層數(shù)246812>14

板面積（平方英寸）Pin密度=—————————

（板上管腳總數(shù)/14）當(dāng)前第107頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：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?！驹矸治觥浚簻p小電源電流回路面積?！痢坍?dāng)前第108頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：分層設(shè)計(jì)時(shí)，避免布線層相鄰。如無(wú)法避免，拉大兩布線層間距，縮小布線層與其信號(hào)回路層間距?！驹矸治觥浚合噜彶季€層上的平行信號(hào)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_?！痢安季€層1”與“布線層2”不宜相鄰當(dāng)前第109頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊?！驹矸治觥浚和队爸丿B時(shí)，層層間耦合電容致層間噪聲耦合。投影重疊區(qū)域等效圖√當(dāng)前第110頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)4)PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB布局，沿信號(hào)流向直線放置原則，避免來(lái)回環(huán)繞?！驹矸治觥浚罕苊庑盘?hào)直接耦合，影響信號(hào)質(zhì)量?！痢坍?dāng)前第111頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：多個(gè)模塊在同一板子時(shí)，數(shù)/模、高速/低速等分開(kāi)布局?！驹矸治觥浚罕苊鈹?shù)/模、高速/低速電路的串?dāng)_。當(dāng)前第112頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：PCB上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，遵從下圖布局原則。【原理分析】：避免高頻電路噪聲通過(guò)接口向外輻射。當(dāng)前第113頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的in/out端、風(fēng)扇、繼電器）附近應(yīng)放置儲(chǔ)能和高頻濾波電容?！驹矸治觥浚簝?chǔ)能電容的存在可以減小大電流的回路面積。當(dāng)前第114頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：PCB板接口電路的濾波、防護(hù)及隔離器件應(yīng)靠近接口放置?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)、濾波和隔離效果好?！蘕當(dāng)前第115頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：接口處有濾波和防護(hù)電路，應(yīng)先防護(hù)，后濾波?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)電路用來(lái)進(jìn)行外部過(guò)壓和過(guò)流抑制，如果防護(hù)電路放置濾波電路之后，濾波電路可能會(huì)過(guò)壓、過(guò)流損壞。當(dāng)前第116頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：晶振、繼電器、開(kāi)關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件離PCB接口連接器≥1000mil。(敏感電路或器件同樣適用)【原理分析】：干擾會(huì)直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來(lái)向外輻射。當(dāng)前第117頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：IC濾波電容應(yīng)靠近芯片供電管腳?！驹矸治觥浚弘娙蓦x管腳越近，高頻回路面積越小，輻射越小?！獭廉?dāng)前第118頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)始端串聯(lián)匹配電阻，應(yīng)靠近其信號(hào)輸出端放置?！驹矸治觥浚菏级舜?lián)匹配電阻的設(shè)計(jì)原理是ZS＋RS＝Z0，如果

Rs遠(yuǎn)離輸出端，則ZS＋RS≠Z0，起不到匹配效果。主要針對(duì)長(zhǎng)距離傳輸當(dāng)前第119頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線，例如：時(shí)鐘線，與總線的粗細(xì)應(yīng)一致?！驹矸治觥浚捍旨?xì)不一致時(shí)，走線阻抗突變，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射，從而產(chǎn)生振鈴或過(guò)沖，形成強(qiáng)烈的EMI輻射。GND晶振R強(qiáng)烈的EMI源當(dāng)前第120頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：差分信號(hào)線應(yīng)同層、等長(zhǎng)、并行走線，保持阻抗一致，差分線間無(wú)其它走線?！驹矸治觥浚罕ＷC差分線對(duì)的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。當(dāng)前第121頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：?jiǎn)伟迳蠟V波器（濾波電路）下方?jīng)]有無(wú)關(guān)信號(hào)走線?！驹矸治觥浚悍植茧娙輹?huì)削弱濾波器的濾波效果?！廉?dāng)前第122頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)【設(shè)計(jì)原則】：?jiǎn)蚊姘寤螂p面板，電源線走線很長(zhǎng)，每隔3000mil

對(duì)地加去耦電容（10uF＋1000pF）。【原理分析】：濾除電源線上地高頻噪聲。1mil=0.0254mm

當(dāng)前第123頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)元器件布局注意事項(xiàng)總結(jié) 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、放置器件時(shí)要考慮將來(lái)焊接和裝配時(shí)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。當(dāng)前第124頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)

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)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)（DCR）當(dāng)前第125頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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）當(dāng)前第126頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)熱穩(wěn)定性（熱設(shè)計(jì)）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(lái)越大，體積越來(lái)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(guò)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。

當(dāng)前第127頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)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(wèn)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)平面安裝的電路板各元件均勻分布且發(fā)熱量相等（稱(chēng)為均勻熱負(fù)載），則熱平衡后板上溫度分布如圖所示：溫升當(dāng)前第128頁(yè)\共有142頁(yè)\編于星期日\(chéng)11點(diǎn)2、抗干擾性能設(shè)計(jì)

（1）干擾敏感元