电子元器件电路布局可靠性设计

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1、-9.6电子元器件电路布局的可靠性设计9.6.1电子线路的可靠性设计原则采用各种电子元器件进行系统或整机线路设计时，设计师不仅必须考虑如何实现规定的功能，而且应该考虑采用何种设计方案才能充分发挥元器件固有可靠性的潜力，提高系统或整机的可靠性水平。这就是通常所说的可靠性设计。电子线路的可靠性设计是一个内容相当广泛而具体的问题，采用不同类型的器件或者要实现不同的电路功能，都会有不同的可靠性设计考虑。这里首先给出电子线路可靠性设计的一些基本原则，在8.6.2节再给出几种具体电路的设计规则。1.简化设计由于可靠性是电路复杂性的函数，降低电路的复杂性可以相应的提高电路的可靠性，所以，在实现规定功能

2、的前提下，应尽量使电路结构简单，最大限度的减少所用元器件的类型和品种，提高元器件的复用率。这是提高电路可靠性的一种简单而实用的方法。简化设计的具体方案可以根据实际情况来定，一般使用的方法有：(1)多个通道共用一个电路或器件。(2)在保证实现规定功能指标的前提下，多采用集成电路，少采用分立器件，多采用规模较大的集成电路，少采用规模较小的集成电路。集成度的提高可以减少元器件之间的连线、接点以及封装的数目，而这些连接点的可靠性常常是造成电路失效的主要原因。(3)在逻辑电路的设计中，简化设计的重点应该放在减少逻辑器件的数目，其次才是减少门或输入端的数目。因为一般而言，与减少电路的复杂度相比较，提

3、高电路的集成度对于提高系统可靠性的效果更为明显。(4)多采用标准化、系列化的元器件，少采用特殊的或未经定型和考验的元器件。(5)能用软件完成的功能，不要用硬件实现。(6)能用数字电路实现的功能，不要用模拟电路完成，因为数字电路的可靠性和标准化程度相对较高。但是，有时模拟电路的功能用数字电路实现会导致器件数目的明显增加，这时就要根据具体情况统筹考虑，力求选用最佳方案。在简化设计时应注意三点：：一是减少元器件不会导致其它元器件承受应力的增加，或者对其它元器件的性能要求更加苛刻；二是在用一种元器件完成多种功能时，要确认该种器件在性能指标和可靠性方面是否能够同时满足几个方面的要求；三是为满足系统

4、安全性、稳定性、可测性、可维修性或降额和冗余设计等的要求所增加的电路或元器件不能省略。2.低功耗设计电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性随之降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。这可以从两方面着手，一是尽量采用低功耗器件，如在满足工作速度的情况下，尽量采用CMOS电路。而不用TTL电路；二是在完成规定功能的前提下，尽量简化逻辑电路，并更多的让软件来完成硬件的功能，以减少整机硬件的数量。.---3.保护电路设计电子系统在工作中可能会受到各种不适当应力或外界干扰信号的影响，造成电路工作不正常，严重时会导致内部器件的损坏。为此，在电路设计中，有必要根

5、据具体情况设计必要的保护电路。如在电路的信号输入端设计静电保护电路，在电源输入端设计浪涌干扰抑制电路，在高频高速电路中加入噪声抑制或吸收网络。具体保护电路的形式可参阅本书有关章节。4.灵敏度分析组成电子系统的各个电路对于系统可靠性的贡献并不相同，而组成电路的各个元器件对于该电路可靠性的贡献也不会一样。常常会有这样的情况，某个元器件的参数退化严重，但对电路性能的影响甚微；而另一个元器件稍有变化，就对电路性能产生显著影响。这是因为一个元器件对于电路可靠性的影响（或一个子电路对于系统可靠性的影响）不仅取决于该元器件（或子电路）自身的质量，而且取决于该元器件（或子电路）造成电路（或系统）性能变化

6、的灵敏度。因此，在电路设计中，应进行灵敏度分析，确定对电路性能影响显著的关键元器件或子电路。对其进行重点设计。灵敏度分析可借助于现有的电路模拟器或逻辑模拟器完成。这是提高电路可靠性的一个经济有效的方法。5.基于元器件的稳定参数和典型特性进行设计电路设计通常必须依据所选用器件的参数指标来进行。为了保证电路的可靠性，只要可能，电路性能应该基于器件的最稳定的参数来设计，同时应留出一些允许变化的余量。对于那些由于工艺离散性以及随时间、温度和其它环境应力而变化的不太稳定的性能参数，设计时应给予更为宽容的限制。对于那些不确定的无法控制的性能参数，设计时不宜采纳，否则无法保证电路的可靠性和制造的可重复

7、性。如果产品手册中记载有所需的特性曲线图、外部电路参数或典型应用电路时，应尽可能使用该特性曲线或电路方案进行设计。6.均衡设计在设计一个电子系统时，总是要先将其分割为若干个电路块，以便完成不同的功能。在系统分割时，应注意电路功能和结构的均衡性，这样对提高系统可靠性有利。这主要体现在两个方面：一是每块电路的功能应相对完整，尽量减少各个电路之间的联接，以削弱互连对电路可靠性的影响；二是各个电流所含元器件的数量不要过于集中带来的不可靠因素