【文章內(nèi)容簡介】 的降額，要付出不必要的代價。需要指出的是，對于某些元器件來說，過度的降額不但無益，反而有害，有可能引入“低應(yīng)力失效”。所以，要綜合權(quán)衡各種利弊，確定一個合理的降額值（降額等級）。例如，小型和超小型繼電器的觸點電流，一般是不可以降額的，按照產(chǎn)品手冊給定的額定電流使用就可以了。又如“光電耦合器”，其產(chǎn)品手冊給出的“發(fā)光二極管”的工作電流僅僅是一個參考值，真正的工作電流要在實際的產(chǎn)品上通過調(diào)試確定。在發(fā)光二極管的輸入端加“正方波”（占空比為1∶1）信號，調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的限流電阻，使光敏三極管的輸出信號也是“正方波”。此時，發(fā)光二極中流過的電流才是其真正的工作電流。該電流可能略高于手冊給出的參考電流，也可能略低于參考電流。因此，不存在降額的問題?！?當(dāng)某型元器件的失效率較高、其可靠性不能滿足使用要求時，不能用降額的方法解決低質(zhì)量元器件的使用問題，而必須更換質(zhì)量等級更高的元器件。5. 容差設(shè)計準(zhǔn)則 參數(shù)漂移與容差設(shè)計在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)，由于制造應(yīng)力的釋放、元器件的老化、環(huán)境溫度的變化等，都會引起元器件參數(shù)的變化和電路性能指標(biāo)的漂移。如果這種變化和漂移超出了規(guī)定的范圍，就會導(dǎo)致產(chǎn)品性能的惡化、甚至失效。所謂“容差設(shè)計”，就是在產(chǎn)品的設(shè)計階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施，確保產(chǎn)品在其壽命期內(nèi)，各項參數(shù)的漂移始終不超出規(guī)定的范圍。這就是通常所說的“參數(shù)穩(wěn)定性”，又可劃分為“短期穩(wěn)定性”和“長期穩(wěn)定性”兩種情況。 短期穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性是指，在產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)期間，由外部環(huán)境變化引起的參數(shù)漂移不超出規(guī)定的范圍。最常見的參數(shù)漂移，莫過于由溫度變化引起的“溫漂”了。這種參數(shù)漂移是隨環(huán)境而變的、是隨機的，直接影響產(chǎn)品的精度和性能，又稱為產(chǎn)品的“性能穩(wěn)定性”。隨環(huán)境而變的參數(shù)漂移，主要靠設(shè)計手段來解決。首先，要選用對環(huán)境變化不太敏感的、性能更加穩(wěn)定的元器件；再者，要優(yōu)化電路的設(shè)計、采取反饋和補償措施來抑制元器件的參數(shù)變化。 長期穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性是指，在產(chǎn)品庫存期間，由制造應(yīng)力的釋放和元器件的老化引起的參數(shù)漂移不超出規(guī)定的范圍。這種參數(shù)漂移是單方向的、有規(guī)律的，而且其變化速度是極其緩慢的。為了檢測產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性，每隔一段時間對產(chǎn)品進(jìn)行一次檢測，然后對比、分析其參數(shù)的變化情況。因此，又稱“長期穩(wěn)定性”為“逐次啟動的重復(fù)性”。根據(jù)“相鄰兩次檢測”之間的“間隔時間”的長短，又分為“逐日啟動重復(fù)性”、“逐月啟動重復(fù)性”、“逐年啟動重復(fù)性”等。對應(yīng)的參數(shù)變化情況，稱為“逐日漂移”、“逐月漂移”、“逐年漂移”等。長期穩(wěn)定性是一個“統(tǒng)計值”，為了提高統(tǒng)計的精度，檢測次數(shù)不能太少、相鄰兩次檢測的時間間隔要相等、檢測環(huán)境要相同。由制造應(yīng)力引起的參數(shù)漂移主要靠工藝手段來解決。通過環(huán)境應(yīng)力篩選和邊界條件的拉偏試驗，不但能剔除潛在的早期失效元器件，而且還能釋放出各種制造應(yīng)力，使產(chǎn)品的性能更加穩(wěn)定。對于穩(wěn)定性要求特別高的產(chǎn)品來說，除了以上的措施外，還應(yīng)增加專門的“時效工藝”，以最大限度地釋放“殘存應(yīng)力”。以上的工藝措施應(yīng)作為技術(shù)要求寫入產(chǎn)品的設(shè)計文件中，或編入該產(chǎn)品的“準(zhǔn)則”中。6. 熱設(shè)計準(zhǔn)則電子元器件工作時承受的熱應(yīng)力可以來自有源器件的內(nèi)部，也可以來自外部環(huán)境。如果器件本身的散熱性能不好，加上環(huán)境溫度過高，則器件內(nèi)部的熱量不能外散，而導(dǎo)致器件的溫度升高，輕則使器件的電氣參數(shù)發(fā)生漂移，進(jìn)而導(dǎo)致整機產(chǎn)品的性能惡化；重則使器件被燒毀，導(dǎo)致整機失效。另外，如果外界環(huán)境溫度發(fā)生劇烈的變化，忽高、忽低，器件內(nèi)部的不同材料之間，由于熱膨脹系數(shù)的不同會產(chǎn)生“不匹配應(yīng)力”，嚴(yán)重時會造成器件內(nèi)部的鍵合失效、材料的熱疲勞失效、甚至?xí)斐晒軞ら_裂等。這里所說的熱設(shè)計，就是采取相應(yīng)的技術(shù)手段來消除或者弱化熱效應(yīng)對器件的性能和可靠性的影響?？赏ㄟ^如下兩個途徑來實現(xiàn)：一是，選用溫度適應(yīng)范圍寬、“溫漂”小的元器件；二是，在整機產(chǎn)品設(shè)計時，采取有效的技術(shù)措施，為器件營造一個較好的熱環(huán)境。以下是“整機熱設(shè)計”常用的技術(shù)措施：● 采取對流、傳導(dǎo)、輻射等散熱手段，使“發(fā)熱”和“散熱”達(dá)到動態(tài)平衡，防止出現(xiàn)過熱現(xiàn)象；● 采取“溫控”技術(shù)，將環(huán)境溫度控制在一定的范圍內(nèi)，營造一個相對“恒溫”的工作環(huán)境（只適用于高精度的產(chǎn)品）；● 如果外部環(huán)境十分惡劣，高溫很高、低溫很低，而且交替變化又特別劇烈。則可采取隔熱措施，切斷內(nèi)、外環(huán)境的熱交換，保持內(nèi)部熱環(huán)境的相對穩(wěn)定；● 以上措施均有硬件投入，成本較高。在確保元器件不失效的前提下，可放棄“硬件措施”，而采取溫度建模、軟件補償?shù)姆椒?，以抵消參?shù)溫漂的影響。該方法稱為“溫度補償”，簡稱為“溫補”，成本較低。7. 抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計準(zhǔn)則這里所說的力學(xué)環(huán)境是指，振動、沖擊、碰撞、跌落、搖擺、恒加速度（離心）等。除“恒加速度”外，其他應(yīng)力均不是常值，產(chǎn)品對它們的時域響應(yīng)可視為隨機過程。如果用“傅里葉變換”將其轉(zhuǎn)換到頻域去，均為功率譜密度函數(shù)。其差別僅在于，各自的功率譜在頻率軸上的位置不同（中心頻率不同）、各自的帶寬也不同。由于沖擊、碰撞、跌落等過程的功率譜很窄，通常將它們視為“窄帶振動”。就是說，大部分的力學(xué)應(yīng)力都可歸化為振動過程。這樣，抗力學(xué)環(huán)境的問題就可歸結(jié)為防振和抗振的問題。● 加裝減振器是最有效的、也是最普遍采用的抗振措施。由于減振器是一個“低通濾波器”，所以，減振器的諧振頻率要低于外界的最低激振頻率（基頻，即一階頻率），以濾除大部分的高頻諧波。在大多數(shù)情況下，這一要求是能夠?qū)崿F(xiàn)的。但也有例外，在某些場合，激振頻率非常低，而且負(fù)載又比較重，給減振器的設(shè)計造成極大的困難。如果使減振器的諧振頻率比激振頻率更低，則減振器將會很軟，強度很低，而負(fù)載又比較重，減振器將很容易被撕裂。此時，可采用二級減振方案，可適當(dāng)?shù)靥岣哒麢C減振器的諧振頻率，即把減振器做得硬一些，以提高其強度。然后，再對需要重點保護(hù)的器件（產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)）單獨加裝減振器，稱為二級減振。由于該“重點器件”比較輕，二級減振器可以做得軟一些。這樣就兼顧了整體和局部、剛度和強度?！?雖然可以將沖擊視為窄帶振動，而且“防振”和“防沖”通常是共用一套減振器，但二者的減振機理是不同的?！胺勒瘛笔峭ㄟ^減振器的阻尼作用消耗掉一部分振動能量（轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉），從而達(dá)到減振的目的。而“防沖”是通過減振器的變形將“沖擊動能”轉(zhuǎn)化成“形變勢能”貯存在減振器中，然后再將貯存的能量按照設(shè)計賦予的特性“緩慢”地釋放出來，通過這樣的“快吸∕慢放”的變換就達(dá)到了“防沖”的目的。防沖設(shè)計要確保減振器的“響應(yīng)峰”出現(xiàn)在“激勵峰”消失以后，即兩峰沒有重疊部分，不會產(chǎn)生“沖擊共振”。防振和防沖設(shè)計各確定一個諧振頻率，取其中的較低者。● 當(dāng)發(fā)生共振時，振幅會加大，要留出足夠的位移間隙，以防止共振體之間的相互碰撞?！?減振器的設(shè)計應(yīng)防止振動耦合，即一個方向上的振動激勵只能引起同方向的振動響應(yīng)，而不應(yīng)引起其他方向上的振動響應(yīng)。振動耦合的形式有：線振動與線振動的耦合、線振動與角振動的耦合、角振動與角振動的耦合。● 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須確保，在振動情況下，產(chǎn)品內(nèi)部的所有組件、元器件之間，以及它們和基座之間均不得產(chǎn)生相對位移?！?結(jié)構(gòu)設(shè)計要避免任何形式的懸臂安裝?！?繼電器銜鐵的吸合方向應(yīng)盡可能地避開振動方向。● 對于較重的“兩腳”元器件（例如，電解電容、大功率電阻等），必須采取附加的加固措施，將其與電路底板牢固地結(jié)合在一起，以防止“管腳”的疲勞斷裂?！?所有的印制板和電連接器都必須具有鎖緊機構(gòu)，防止連接器的“頭∕座”脫開，或者由于“頭∕座”松動引起的接觸不良?！?螺釘連接必須具有放松措施，通常情況下是加裝彈簧墊片。但有時候，由于受到結(jié)構(gòu)形式或空間的限制，無法加裝彈簧墊片。此時，可在螺釘和螺母之間加涂“防滑膠”（不能影響維修）?！?產(chǎn)品內(nèi)部的電纜或線扎均不允許懸空，必須緊貼底板、或者緊貼側(cè)壁布置，而且要用線卡或者綁扎線固牢。如果用綁扎線固定，在綁扎完成后，要在綁扎線上涂膠使其“硬化”。8. 電磁兼容設(shè)計準(zhǔn)則 電磁兼容概述近年來，電子產(chǎn)品日益向著高速度、小型化、高集成度的方向發(fā)展，工作頻率越來越高、頻帶越來越寬，由電磁干擾引發(fā)的產(chǎn)品故障也越來越多。電磁干擾可以發(fā)生在設(shè)備的內(nèi)部，也可以發(fā)生在設(shè)備之間（外部）。一個設(shè)備內(nèi)部的各組成單元之間，如果能夠互不干擾、正常地工作，則稱該設(shè)備是“自兼容”的；如果一個“大系統(tǒng)”由多臺設(shè)備組成，各設(shè)備之間能夠互不干擾、正常地工作，則稱這些設(shè)備之間是“互兼容”的。電磁干擾的發(fā)生要同時具備三個要素：干擾發(fā)射器（干擾源）、干擾接受器（敏感器）、干擾傳播途徑（耦合通道）。這三個要素中，只要有一個不存在，則電磁干擾就不會發(fā)生。但發(fā)射器和接受器不能“被消滅”，只能切斷干擾的傳播途徑。發(fā)射器和接受器都是設(shè)備或者系統(tǒng)的組成部分，要完成一定的功能，不能沒有它們，只能限制發(fā)射器的干擾強度，或者提高接受器的抗干擾的能力。由此可知，電磁兼容設(shè)計的基本使命是：● 抑制發(fā)射器的非正常發(fā)射的強度，將其限制在一個可接受的范圍之內(nèi)；● 提高接受器的抗干擾能力（降低其對干擾的敏感度）；● 切斷干擾的傳播途徑。干擾的傳播途徑分為傳導(dǎo)、輻射、或者兩者的組合。傳導(dǎo)發(fā)射以金屬導(dǎo)體為媒介，以噪聲的形式進(jìn)行傳播；輻射發(fā)射以空間或非金屬體為媒介，以電磁場的形式進(jìn)行傳播。 傳導(dǎo)干擾的抑制措施抑制傳導(dǎo)干擾的基本思路是“疏導(dǎo)”（旁路）。將干擾噪聲引入地線，在地線中轉(zhuǎn)化成熱能被耗散掉；不讓它們進(jìn)入放大器的輸入端，經(jīng)放大后而形成干擾。常用方法有：◆ 布線要合理，包括印制板的布線和電纜的敷設(shè)；◆ 地線的布局和接地點的選擇要合理；◆ 在信號的傳遞通路上，有針對性地設(shè)置濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）將干擾噪聲濾除（旁路入地）。 輻射干擾的抑制措施抑制輻射干擾的基本思路是“隔離”，常用的方法有：■ 空間隔離：就是在輻射源與接受器之間采取屏蔽措施，將它們在空間上隔離開。一方面，限制內(nèi)部的輻射不超出某一限定的區(qū)域；另一方面，防止外部的輻射進(jìn)入某一限定的區(qū)域。電場為“有源無旋場”，電力線為開放的射線，很容易被遮斷，電場的屏蔽容易實現(xiàn)；但磁場為“無源有旋場”，磁力線一定要閉合，即磁力線不能被切斷，因此，磁場屏蔽的難度要大得多，因為磁力線在空間“無孔不入”?！?時間隔離：在任務(wù)時間內(nèi)，盡可能地將“輻射干擾源”和“干擾敏感器”的工作時間錯開，即一個工作時，另一個不工作。就是說，二者不能夠同時工作，干擾自然就不會發(fā)生，這就是時間隔離?！?頻率隔離：使輻射干擾源和干擾敏感器的功率譜相互獨立、不存在重疊的部分，即各占據(jù)一個獨立的頻段，干擾就不會發(fā)生，這就是頻率隔離。9. 靜電防護(hù)準(zhǔn)則當(dāng)前的電子產(chǎn)品中有大量的CMOS器件，由于其輸入阻抗極高，對靜電十分敏感。盡管有些靜電敏感器件已經(jīng)在其內(nèi)部采取了防靜電的措施，但其防護(hù)作用還是有限的。在應(yīng)用這些器件時，仍然需要采取一些措施來防止靜電對器件造成的損傷。靜電放電對電子元器件造成的損傷具有潛伏性，當(dāng)時不一定顯現(xiàn)出來，也很難用儀器檢查出來，經(jīng)過一段時間之后才會暴露。另外，靜電造成的損傷還是累積的，第一次沒壞、第二次也沒壞、第三次可能就壞了。因此，“防靜電設(shè)計”尤有必要。● 盡量采用對靜電不敏感的元器件。● 在電路布局和設(shè)計方面，盡可能地在靜電敏感器件的輸入端增設(shè)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，用來抑制靜電的電勢不至于太高，或者將靜電荷及時地泄放掉，使其不能夠繼續(xù)累積下去。例如增設(shè)箝位電路，當(dāng)靜電勢累積到或超過設(shè)定的箝位電壓時，箝位電路導(dǎo)通將部分靜電荷泄