可靠性设计:减少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设计中可靠性的考虑。

• 找出可靠性的概率设计如何帮助创建健壮的和具有成本效益的pcb。

可靠性实践设计确保PCB健壮性

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，无论工程师是多么善意。如果工程师未能在设计过程中实施可靠性最佳实践的设计，PCB很可能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，以最小化故障并确保健壮的设计。

什么是可靠性设计?

设计可靠性简称DfR，是近年来引起硬件设计师注意的一个概念。它包括帮助硬件设计人员生产健壮可靠的pcb的实践、工具和指导方针。电子产品公司采用可靠性设计原则，以减少产品缺陷和昂贵的回报。

在DfR概念出现之前，可靠性通常是创建原理图和PCB布局之后的一个事后考虑。DfR将可靠性考虑纳入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久性。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，让我们看看影响PCB可靠性的几个因素。

影响可靠性的关键因素

考虑元器件公差为可靠的电子产品

这听起来很讽刺，但是为了建造可靠的pcb，设计者不得不采取悲观的方法。虽然工程师们希望他们的pcb能在整个产品生命周期内持续使用，但他们必须现实地认识到在现实生活中可能出现的潜在问题。根据经验，当部署pcb时，测试环境中令人满意的性能并不能保证可靠性。

以下是一些可能影响PCB可靠性的因素(这一列表绝非详尽无遗):

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5%或10%的电阻可能会导致读数出现较大偏差。

功率输出网络

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忍度很小。电源的轻微波动可能导致微控制器断电。不稳定的PDN也可能导致半导体ic的行为不稳定。

热管理

所有的多氯联苯都会产生一定程度的热量。问题是，有多少热量被耗散，这些热量是否被有效地释放到环境中。随着电子设备和紧凑外壳的小型化，热管理预防影响电子产品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，设计师将可靠性设计原则落实到他们的工作中是至关重要的。

可靠性的概率设计是如何工作的

通过使用概率建模和仿真，可以预测特定PCB设计的可靠性。分布式概率建模使硬件设计师能够更好地了解一个组件或电路在特定时期内发生故障的可能性。为此，设计者为仿真算法提供诸如电压、电流和公差等参数。然后，他们分析了概率模型的结果，以图形和图表的形式表示。这有助于设计师在健壮性和设计策略中的成本。

蒙特卡罗模拟是一种常见的概率可靠性设计方法。它允许设计师预测一个依赖于几个随机变量的设计的可能结果。例如，设计者可以使用蒙特卡洛模拟来显示将决定电路性能和可靠性的电量值的范围。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设计PCB设计和分析软件。蒙特卡洛模拟可在PSpice模拟器OrCAD。烟雾分析是另一种在组件级别上评估超应力和可靠性的工具，它也可以通过PSpice提供，并且比蒙特卡罗模拟提供了更多的特异性。和,全套的分析工具从节奏是实现先进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验证过的模型来模拟电路行为。

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