使用可靠性设计(DfR)原则优化PCB
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了解什么是可靠性设计(DfR)原则。
理解可靠性设计(DfR)概念的重要性。
学习如何在PCB设计过程中实现DfR原则。
我没有买一辆技术先进的豪华新车，而是继续开那辆可靠的老爷车。为什么?因为我看重的是可靠性，而不是拥有最新、最时髦的型号。在电子技术中,可靠性同样重要因为它确保了产品的安全、可靠和适销对路，也确保了制造公司不会因退货而不堪重负。当你在PCB上工作时，可靠性设计(DfR)是一个通过在故障点成为现实问题之前解决故障点来帮助提高可靠性的概念。
什么是可靠性设计(DfR)?
DfR是一种在设计阶段优化产品的系统方法，以确保在生产阶段之前发现并解决可能的故障点。虽然DfR是一个相对较新的概念，但它的含义正变得越来越重要，因为企业越来越重视生产具有较短设计生命周期的产品。在产品中塞入更多的功能会增加失败的风险，而公众对质量的期望却比以往任何时候都要高。通过将DfR付诸实践，产品可以可靠地运行整个生命周期。
为什么可靠性设计很重要?
DfR降低了PCB故障的机会，特别是在恶劣的环境中。
如果您曾经看到过您的设计的一部分是如何在现场使用的，您就会认识到这样一个事实:通过实验室测试并不能保证设计在部署时的功能。有许多外部变量可以暴露在实验室测试中可能遗漏的设计错误。
以下是设计缺陷在测试过程中可能出现的两种情况:
当安装在某些机器上时，PCB将承受持续的高温，并可能推动电子产品接近其温度极限工作。如果某些部件不能在较高的温度下可靠地工作，整个系统就会受到损害。
温度的频繁变化可能使印刷电路板受到热机的影响．如果不断地暴露在高温和低温的循环中，一些焊点可能会破裂。PCB散热的能力也会加剧这个问题。热管理或缺乏热管理，会影响PCB的使用寿命和正常工作的能力。
为了防止这些类型的问题，您将希望将使用DfR原则作为一种常见的实践，因为它有助于防止pcb产生性能和可靠性问题，特别是作为问题的来源电磁干扰(EMI)．虽然组件可能在实验室设置中表现得像他们应该做的那样，但他们不能保证在相当大的噪声电气环境中这样做。损坏信号的实例是电磁干扰易感性的迹象，一旦它在现场是非常难缓解的。
让我们讨论一下如何应用可靠性设计(DfR)概念来防止这些类型的问题。
如何在PCB设计中实现可靠性概念设计
选择正确的组件是一个重要的DfR实践
影响PCB可靠性的因素有很多。有些，像捏造和的加工过程，都超出了设计师的控制。但是，您仍然可以尽自己的一份力量来确保您的设计是可靠的，并且不需要经常排除故障。
可靠性PCB设计的考虑因素
1.组件选择
不管你选的是单片机对于普通电容，重要的是要确保数据表上的说明与设计要求相匹配。您需要考虑组件的最极端情况，因为这通常是发生故障的地方。
例如，一个以最高速度运行的微控制器比以最低容量运行的微控制器消耗更多的电力和产生更多的热量。这些都是设计中需要解决的问题。如果你正在设计一个在极端环境下运行的PCB，你可能想要放弃商业级别的组件，而选择工业或军事级别的版本。
2.EMI缓解
混合信号、射频、模拟和高速信号——如果你的设计涉及这些术语，你应该注意EMI辐射和敏感性。像保持高速轨迹与模拟信号分离这样的技巧已经被证明可以防止从一个轨迹到另一个轨迹的噪声耦合。
确保高速信号具有低阻抗也是至关重要的返回路径它不会穿越到其他组件的地面。规划组件的摆放位置，模拟模块、数字模块和电源模块的接地平面要分开。当这样做的时候，避免拥有地面循环在PCB中，因为它们会辐射噪声。
3.热管理
当你用微控制器和电源进行设计时场效电晶体， PCB不可避免地会产生大量的热量。重要的是要知道热如何很好地分散，以避免组件的快速退化。
使用热通过是一种潜在的散热方式。热通孔应放置在发热部件周围;加上散热器和冷却风扇，工程师可以避免在部件上建立热源。同样重要的是，要确保携带大电流的导线布线有足够的宽度。
优化PCB设计的可靠性(DfR)更容易先进的PCB设计软件．OrCAD不仅提供用户友好的PCB布局工具，还提供分析和仿真软件，以确保设计的可靠性。
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