不花錢的可靠性設計經驗

不花錢的可靠性設計經驗：我們有時候會遇到一種情況，一塊電路板在機器上裝著的時候，機器工作不正常，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，于是就出現了左側的翹曲，初期沒事，長期應力下去，表貼器件的焊接力強度又不是很大，就容易出現焊盤脫落或虛開。這個問題的解決也容易，不在一條直線的三點決定一個平面，那就三點支撐;如果還是四點支撐，支撐柱彈性強一點，用尼龍或橡膠柱，使電路板翹曲沒有那么大應力。

類似的問題在電路板布局上也會出現，一個可插拔的插座裝在遠離固定柱的地方，在插拔的時候，電路板會受力，這個應力也會產生虛焊的情況，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只焊接直插器件，不放置表貼焊接器件，或者干脆就不設插座，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“降額設計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，在設計的時候，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)，實際耐壓140V，額定耐壓和實際耐壓很接近了，在啟停或浪涌的時候，加在電阻上的耐壓可能會瞬時超過150V，按照III級降額的設計方法，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)現這個耐壓比較難選，就采用兩只電阻串聯，改用兩個250k左右的電阻串聯分壓用。另一個類似的事例，用 LM324驅動一小負載，用2路運放驅動一個負載，各分擔1/2的電流。電阻、電容、IC、分立半導體器件、電感、繼電器、開關、光纖器件、微波與聲表面波器件、連接器、導線電纜、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，接地線纜的焊點大都習慣加個熱縮套管，這個習慣也挺好，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，結果會怎么樣?就是火線萬一沒焊好，搭接在地線焊點上的概率會增大，可能能防范一起觸電事故。

機箱內部的電線對，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生磁場，就會在這個環(huán)狀線纜上產生感生電流，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，數據失真則在所難免，解決方法簡單得很，將去流和回流的電線對擰結一下，有效減小環(huán)路面積，也可以將內部線纜改成帶屏蔽層的也可以，都是舉手之勞而已。

以上說的是機械和電路上的，其實軟件上也有可以做工作的地方，如果一個單片機，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擾到，如果在輸出大電流信號的時候，程序控制上關閉總線上的數據傳輸，就比如知道今天刮大風，我們可以先不出門，這陣風過去再出去。

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，利用機架、空間布局，讓干擾源和敏感電路遠離一點，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成本的基礎上，讓干擾降低。

我們都知道溫度高會對產品可靠穩(wěn)定工作產生較大影響，這也可以通過布局解決，讓怕熱的器件遠離熱源，讓熱源的器件在出風孔附近，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，進風口→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→出風口，構成良好散熱通道;發(fā)熱元器件在機箱上方，熱敏感元器件在機箱下方，熱源器件緊貼裝在機箱金屬殼體上散熱等等。