不花錢的可靠性設(shè)計(jì)

 今天和幾個朋友吃飯，席間請朋友們幫助推介我的業(yè)務(wù)，其中有幾位大倒苦水，“現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)危機(jī)呵，可靠性一直就想做，可拿不出錢來添置設(shè)備、增加產(chǎn)品的成本啊”，還都是曾經(jīng)有過機(jī)電技術(shù)經(jīng)歷的人，有感而發(fā)，完成此文，展示給大家看，原來“可靠性設(shè)計(jì)是可以不花錢的”。

我們有時候會遇到一種情況，一塊電路板在機(jī)器上裝著的時候，機(jī)器工作不正常，拆下來后，單板工作正常，甚至攤在桌面上工作也是正常的，但裝上就不好好工作，或者在廠子里烤幾天機(jī)也是好的，或者在用戶處前幾個月也是沒問題的，但就是長期使用下來就報故障，也能初步認(rèn)定可能是虛焊，可到底是在哪里呢，讓人一籌莫展。

看下圖電路板的安裝方式，如果電路板的安裝機(jī)殼是開模具的，加工誤差較小，這個問題不明顯，如果是鈑金或焊接的，四個固定柱的加工誤差超過1mm是很正常的事情，于是就出現(xiàn)了左側(cè)的翹曲，初期沒事，長期應(yīng)力下去，表貼器件的焊接力強(qiáng)度又不是很大，就容易出現(xiàn)焊盤脫落或虛開。這個問題的解決也容易，不在一條直線的三點(diǎn)決定一個平面，那就三點(diǎn)支撐；如果還是四點(diǎn)支撐，支撐柱彈性強(qiáng)一點(diǎn)，用尼龍或橡膠柱，使電路板翹曲沒有那么大應(yīng)力。

類似的問題在電路板布局上也會出現(xiàn)，一個可插拔的插座裝在遠(yuǎn)離固定柱的地方，在插拔的時候，電路板會受力，這個應(yīng)力也會產(chǎn)生虛焊的情況，解決方法不用多解釋了吧，或者把插拔方向做成平行于電路板的而不是垂直的，或者把插座安裝在固定柱的旁邊，或者查做附近幾厘米內(nèi)只焊接直插器件，不放置表貼焊接器件，或者干脆就不設(shè)插座，把線纜焊在板上引出來，在漂浮的線上焊可插拔的插頭插座等等。

前幾天，我把MSN和QQ的簽名改成了“降額設(shè)計(jì)是提升可靠性的最簡手段之一”，此言不虛。器件降額也是不增加成本的，舉個通俗的例子，一個人最多能背100斤的袋子，我就讓他背100斤走路，常規(guī)情況下肯定沒問題，但是在路燈口，突然來輛車，緊急避讓下就會較慢可能會出事，前面有片水洼，背個100斤就蹦不動；如果他現(xiàn)在只背50斤，走起來就很輕松，即使遇到意外情況也會避讓過去，水洼也能跳過去。這就是降額的最通俗解釋，在設(shè)計(jì)的時候，就是我們必須要背100斤的話，我就選一個能背150斤的人來背，或者讓2個能背100斤的人分著背。

拿個具體電路舉例來說，1/8W，1%，510K電阻，額定耐壓150V，用于電源系統(tǒng)，實(shí)際耐壓140V，額定耐壓和實(shí)際耐壓很接近了，在啟?；蚶擞康臅r候，加在電阻上的耐壓可能會瞬時超過150V，按照III級降額的設(shè)計(jì)方法，電壓的降額因子是0.75，則140V / 0.75 =186V，選擇耐壓>186V的電阻，后來發(fā)現(xiàn)這個耐壓比較難選，就采用兩只電阻串聯(lián)，改用兩個250k左右的電阻串聯(lián)分壓用。另一個類似的事例，用LM324驅(qū)動一小負(fù)載，用2路運(yùn)放驅(qū)動一個負(fù)載，各分擔(dān)1/2的電流。電阻、電容、IC、分立半導(dǎo)體器件、電感、繼電器、開關(guān)、光纖器件、微波與聲表面波器件、連接器、導(dǎo)線電纜、保險絲、晶體、燈泡、斷路器等等均會涉及到這個問題，只是選擇一個不同的器件差別，可靠性會增加很多。

在工藝上，接地線纜的焊點(diǎn)大都習(xí)慣加個熱縮套管，這個習(xí)慣也挺好，如果是一個三孔的220V插座，安裝時，地線在火零線的下面，且不加套管，結(jié)果會怎么樣？就是火線萬一沒焊好，搭接在地線焊點(diǎn)上的概率會增大，可能能防范一起觸電事故。

機(jī)箱內(nèi)部的電線對，常見的是一匝匝的線纜散著，去流和回流信號在兩塊電路板之間形成環(huán)狀，如果附近有大電流的變化而產(chǎn)生磁場，就會在這個環(huán)狀線纜上產(chǎn)生感生電流，這個電流倒是不大，但疊加在一個弱信號上、或者疊加在一個被采樣的模擬信號上，數(shù)據(jù)失真則在所難免，解決方法簡單得很，將去流和回流的電線對擰結(jié)一下，有效減小環(huán)路面積，也可以將內(nèi)部線纜改成帶屏蔽層的也可以，都是舉手之勞而已。

以上說的是機(jī)械和電路上的，其實(shí)軟件上也有可以做工作的地方，如果一個單片機(jī)，輸出一個控制信號給繼電器，控制一個電磁閥工作，大電流的沖擊就容易產(chǎn)生輻射和耦合干擾信號出來，這個時候總線上的信號容易被串?dāng)_到，如果在輸出大電流信號的時候，程序控制上關(guān)閉總線上的數(shù)據(jù)傳輸，就比如知道今天刮大風(fēng)，我們可以先不出門，這陣風(fēng)過去再出去。

通過布局可以減少電磁干擾，電磁兼容有三個要素，干擾源、干擾路徑、敏感電路，利用機(jī)架、空間布局，讓干擾源和敏感電路遠(yuǎn)離一點(diǎn)，尤其是容易引入干擾或輻射干擾信號的線纜，就會在沒有增加任何內(nèi)成本的基礎(chǔ)上，讓干擾降低。

我們都知道溫度高會對產(chǎn)品可靠穩(wěn)定工作產(chǎn)生較大影響，這也可以通過布局解決，讓怕熱的器件遠(yuǎn)離熱源，讓熱源的器件在出風(fēng)孔附近，這樣散出的熱量只影響它自己。電路安裝服從空氣流動方向，進(jìn)風(fēng)口→放大電路→邏輯電路→敏感電路→集成電路→小功率電阻電路→有發(fā)熱元件電路→出風(fēng)口，構(gòu)成良好散熱通道；發(fā)熱元器件在機(jī)箱上方，熱敏感元器件在機(jī)箱下方，熱源器件緊貼裝在機(jī)箱金屬殼體上散熱等等。

不花錢的可靠性設(shè)計(jì)方法還有挺多，但確實(shí)需要花些腦細(xì)胞，也需要些時間的積累和實(shí)踐的經(jīng)歷經(jīng)驗(yàn)體會，這些倒還好辦，最怕的還是畏難情緒，怕沒有專業(yè)的人，怕沒有資深的經(jīng)驗(yàn)和水平，怕沒有錢來做可靠性，怕是沒用的，我們唯一的選擇就是勇敢地去實(shí)踐，只要努力了，我們就會有機(jī)會。如果這個過程需要技術(shù)上的幫助，該知道找誰吧？