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设计中的可靠性考虑。

• 了解可靠性概率设计如何帮助创建稳健且具有成本效益的pcb。

可靠性实践设计确保PCB稳健性

当硬件工程师着手一个新的PCB项目时，他们的意图是最好的。然而，在PCB设计过程中，无论工程师多么用心良苦，事情并不总是顺利的。如果工程师未能在设计过程中实施可靠性设计最佳实践，PCB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最佳实践，以最大限度地减少故障并确保稳健的设计。

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健壮可靠的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，可靠性通常是在原理图和PCB布局创建之后才考虑的。DfR将可靠性考虑集成到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，让我们看一下影响PCB可靠性的几个因素。

影响可靠性的关键因素

考虑一个可靠的电子产品的组件公差

这听起来很讽刺，但为了构建可靠的pcb，设计师不得不采取悲观的方法。虽然工程师们希望他们的pcb能够在整个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态度。根据经验，当pcb部署时，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(此列表绝不是详尽无遗的):

组件选择

一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，因为电阻的5%或10%的公差可能导致读数的高偏差。

输配电网络

PCB板和主板一样可靠电力输送网络的完整性．一个较低的电压范围意味着在电压水平上有很小的容差空间。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的行为不稳定。

热管理

所有多氯联苯都会产生一定程度的热量。问题是，散失了多少热量，这些热量是否被有效地释放到环境中。随着电子产品的小型化和外壳的小型化，热管理防止热点影响电子产品性能的措施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。

可靠性的概率设计是如何工作的

通过概率建模和仿真，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人员能够更好地了解组件或电路在特定时间内发生故障的可能性。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，他们分析了概率模型的结果，并以图形和图表的形式呈现出来。这有助于设计师在健壮性和交互性之间取得平衡他们的设计策略的成本．

蒙特卡罗模拟是一种常见的概率设计可靠性方法。它允许设计师根据几个随机变量预测设计的可能结果。例如，设计人员可以使用蒙特卡罗模拟来显示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多个随机组件值，并在简单的DC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设计最佳实践PCB设计与分析软件．蒙特卡罗模拟可在用于OrCAD的PSpice模拟器．烟雾分析是另一种评估组件级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更多的特异性。和,全套分析工具从节奏是实现高级电路分析技术的理想选择。您还可以直接从制造商处获得经过验证的模型，以模拟电路行为。

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