可靠性设计:减轻PCB设计中的故障

关键的外卖

• 了解什么是可靠性设计。

• 探索PCB设计中的可靠性考虑因素。

• 了解可靠性的概率设计如何帮助创建坚固且具有成本效益的pcb。

可靠性设计实践确保PCB的鲁棒性

当硬件工程师开始一个新的PCB项目时，他们有最好的意图。然而，在PCB设计过程中，事情并不总是顺利的，无论工程师是多么好心。如果工程师在设计过程中未能实现可靠性最佳实践的设计，PCB很可能会产生意想不到的问题。在本文中，我们将探讨一些可靠性设计的最佳实践，以最大限度地减少故障并确保设计的健壮性。

什么是可靠性设计?

可靠性设计DfR是近年来引起硬件设计师注意的一个概念。它包括实践、工具和指导方针，帮助硬件设计人员生产坚固可靠的pcb。电子产品公司采用可靠性设计原则，以尽量减少产品缺陷和昂贵的退货。

在DfR概念出现之前，可靠性通常是创建原理图和PCB布局后的事后考虑。DfR将可靠性考虑整合到PCB设计生命周期的每个阶段。例如，设计人员在确认其在PCB中的使用之前必须考虑组件的耐用性。应用DfR还意味着执行模拟以确定PCB布局中可能的热热点。

接下来，让我们来看看影响PCB可靠性的几个因素。

影响可靠性的关键因素

对于可靠的电子产品，要考虑元件公差

这听起来很讽刺，但要制造可靠的pcb，设计师必须采取悲观的方法。虽然工程师们希望他们的pcb在产品生命周期中持续使用，但他们必须对现实生活中可能出现的潜在问题保持现实的态度。根据经验，在测试环境中令人满意的性能并不能保证部署pcb时的可靠性。

以下是一些可能影响PCB可靠性的因素(此列表绝不是详尽的):

组件选择

有些元件需要考虑公差、工作温度和它们可能引入PCB的寄生阻抗。例如，在电流检测电路中使用1%的电阻，因为具有5%或10%公差的电阻可能会导致读数的高偏差。

电力输送网络

PCB是可靠的电力输送网络的完整性．较低的电压范围意味着电压水平的容差空间很小。电源的轻微波动可能会导致微控制器停电。不稳定的PDN也可能导致半导体ic表现不稳定。

热管理

所有多氯联苯都产生一定程度的热量。问题是，有多少热量被消散，这些热量是否被有效地释放到环境中。随着电子产品和紧凑外壳的小型化，热管理预防影响电子设备性能的热点问题比以往任何时候都更加重要。

考虑到这些因素，设计师在他们的工作中实施可靠性设计原则是至关重要的。

可靠性的概率设计如何工作

通过使用概率建模和仿真，可以预测特定PCB设计的可靠性。分布式概率建模允许硬件设计人员更好地了解一个组件或电路在特定时期发生故障的可能性。为此，设计人员为仿真算法提供电压、电流和容差等参数。然后，他们分析概率模型的结果，这是在图形和图表。这有助于设计师在健壮性和灵活性之间取得平衡设计策略中的成本．

蒙特卡罗模拟是一种常见的概率设计可靠性方法。它允许设计师在一个依赖于几个随机变量的设计中预测可能的结果。例如，设计人员可以使用蒙特卡罗模拟来显示将决定电路性能和可靠性的电气值范围。这是通过定义组件值的概率分布，绘制100,000+随机组件值，并在简单的直流扫描或频率扫描中使用这些值来实现的。

您可以在使用时实现可靠性最佳实践的设计PCB设计和分析软件．蒙特卡罗模拟可在PSpice模拟器OrCAD．烟雾分析是另一种在组件级别上评估过度应力和可靠性的工具，也可以通过PSpice获得，并且比蒙特卡罗模拟提供了更多的特异性。和,全套分析工具从节奏是实现先进的电路分析技术的理想选择。您还可以直接从制造商那里获得用于模拟电路行为的验证模型。

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