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使用可靠性设计（DfR）原理优化PCB
在电子产品中，可靠性同等重要，因为它可以确保产品安全，可靠且适销对路，并且制造公司不会因失败的退货而感到不知所措。当您在PCB上工作时，可靠性设计（DfR）是一个概念，它可以通过在出现实际问题之前解决故障点来帮助提高可靠性。
什么是可靠性设计（DfR）？
DfR是在设计阶段优化产品以确保在制造阶段之前识别并解决可能的故障点的系统方法。尽管DfR是一个相对较新的概念，但随着公司越来越优先考虑生产具有较短设计生命周期的产品，DfR的含义变得越来越重要。在产品中塞满更多功能会增加出现故障的风险，而公众对质量的期望却比以往更高。通过实施DfR，产品可以可靠地贯穿其生命周期。
为什么可靠性设计很重要？
DfR减少了PCB故障的机会，特别是在恶劣环境下。
如果您曾经了解过如何在现场使用设计的一部分，您将认识到以下事实：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。
这是设计错误在测试过程中滑过裂缝的两种方式的示例：
在某些机器上安装PCB时，PCB会始终受到高温的影响，并可能推动电子设备在接近其温度极限的情况下工作。如果某些组件在较高温度下无法可靠运行，则整个系统将受到损害。
温度的频繁变化可能会使PCB受到热机械作用。如果连续暴露于高温和低温循环中，某些焊点可能会破裂。PCB散热的能力也会加剧这个问题。散热管理或缺少散热管理会影响使用寿命和PCB正常运行的能力。
为避免此类问题，您将希望使用DfR原理，因为它有助于防止PCB出现性能和可靠性问题，尤其是成为电磁干扰（EMI）的源头。尽管组件可能会在实验室环境中发挥应有的作用，但不能保证它们在噪声较大的电气环境中会表现出这种作用。信号损坏的情况是EMI敏感性的迹象，一旦进入现场，很难缓解。
让我们讨论如何应用可靠性设计（DfR）概念来防止此类问题。
如何在PCB设计中实现可靠性概念的设计
选择正确的组件是DfR的重要做法
有许多因素会影响PCB的可靠性。有些，例如制造和PCBA工艺，超出了设计师的控制范围。但是，您仍然可以尽自己所能来确保设计的可靠性，并且不需要进行持续的故障排除。
可靠的PCB设计注意事项
1.组件选择
无论您是选择微控制器还是普通电容器，确保数据表上的内容均符合设计要求非常重要。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，与以最小容量运行的微控制器相比，以最大速度运行的微控制器消耗更多的功率并产生更多的热量。这些是设计中需要解决的问题。如果要设计在极端环境下运行的PCB，则可能要放弃商用级组件，而选择其工业级或军用级版本。
2. EMI缓解
混合信号，RF，模拟和高速信号-如果您的设计与这些术语相关，则应注意EMI辐射和磁化率。事实证明，将高速走线与模拟信号隔离开可以防止噪声从一条走线耦合到另一条走线。
确保高速信号具有低阻抗的返回路径也不会进入其他组件的地线，这一点也至关重要。规划组件的放置，并为模拟，数字和电源模块分离接地层。这样做时，请避免在PCB中形成接地回路，因为它们会散发出噪声。
3.热管理
当您使用微控制器和功率MOSFET进行设计时，PCB不可避免会产生大量热量。重要的是要知道热量的散布程度如何，以免组件迅速退化。
使用散热孔是一种潜在的散热方法。散热孔应放置在发热组件的周围；结合散热器和冷却风扇，它们将使工程师避免在组件上积聚热点。确保载有大电流的走线以足够的宽度布线也很重要。
借助先进的PCB设计软件，可以更轻松地针对可靠性（DfR）设计进行PCB优化。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。