趙松果

（石家莊銀河微波技術(shù)股份有限公司，河北 石家莊 050200）

0 引 言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在電子電路的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，可靠性和抗干擾性是非常重要的考慮因素。本文旨在探討提高電子電路可靠性和抗干擾能力的方法與技術(shù)，為電子電路的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 提高電子電路可靠性的方法和技術(shù)

1.1 材料與工藝優(yōu)化

（1）光刻技術(shù)：光刻技術(shù)是制造微型元器件和電路的關(guān)鍵工藝之一。通過(guò)在光刻膠上曝光并顯影，可以在電子器件表面形成具有微米級(jí)別精度的圖案和結(jié)構(gòu)，用于制造集成電路及其他微型電子元件。

（2）蝕刻技術(shù)：蝕刻技術(shù)是制造電子器件和電路中的關(guān)鍵工藝之一。通過(guò)在制造過(guò)程中對(duì)薄膜或基板進(jìn)行化學(xué)或物理蝕刻，可以形成具有精密結(jié)構(gòu)和形狀的電路與器件結(jié)構(gòu)。

（3）離子注入技術(shù)：離子注入技術(shù)是制造半導(dǎo)體器件中的關(guān)鍵工藝之一。通過(guò)將離子注入到半導(dǎo)體器件表面或內(nèi)部，可以調(diào)整器件的電學(xué)性能和性質(zhì)，提高器件的性能和可靠性。

（4）焊接技術(shù)：焊接技術(shù)是電子電路制造中必不可少的技術(shù)之一。通過(guò)采用高溫、高壓和高能量的焊接方法，可以將電子元件、引線和基板等部件連接起來(lái)，形成電子電路。

（5）封裝技術(shù)：封裝技術(shù)是保護(hù)電子器件和電路的重要手段之一。通過(guò)將電子器件和電路封裝在特定的封裝材料中，可以保護(hù)電路免受外界環(huán)境和干擾的影響，提高電路的可靠性和穩(wěn)定性[1]。

1.2 設(shè)計(jì)規(guī)范與驗(yàn)證

1.2.1 仿真分析

使用電路仿真軟件（如LTspice、PSPICE 等）對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。在仿真分析中，通過(guò)調(diào)整電路參數(shù)，如電阻、電容、電感等，來(lái)評(píng)估電路的性能和穩(wěn)定性。例如，可以通過(guò)在仿真軟件中添加一個(gè)信號(hào)源和一個(gè)示波器，來(lái)模擬電路的輸入和輸出信號(hào)。然后通過(guò)改變輸入信號(hào)的頻率和幅值來(lái)評(píng)估電路的放大增益、帶寬等性能指標(biāo)。仿真分析可以提前發(fā)現(xiàn)電路中的潛在問(wèn)題，并為電路設(shè)計(jì)提供優(yōu)化建議。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，可以搭建一個(gè)實(shí)際的電路，并使用測(cè)試儀器（如萬(wàn)用表、示波器等）來(lái)對(duì)電路的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。例如，搭建一個(gè)與電路圖相同的實(shí)際電路，并使用信號(hào)發(fā)生器和示波器來(lái)模擬電路的輸入與輸出信號(hào)。然后通過(guò)改變輸入信號(hào)的頻率和幅值，來(lái)評(píng)估電路的放大增益、帶寬等性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以驗(yàn)證仿真分析的結(jié)果，也可以發(fā)現(xiàn)仿真分析未能考慮到的問(wèn)題[2]。

通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以對(duì)電子電路進(jìn)行全面的驗(yàn)證與評(píng)估，發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問(wèn)題，提高電路的可靠性。例如，在以上放大器電路的設(shè)計(jì)中，可能發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)過(guò)大時(shí)，電路的放大增益會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，此時(shí)可以考慮添加一個(gè)反饋電路來(lái)解決該問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范和驗(yàn)證，可以提高電子電路設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性，保證電路的可靠性。在電子電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選用合適的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并充分考慮設(shè)計(jì)驗(yàn)證的重要性。通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問(wèn)題，為電子電路的設(shè)計(jì)和制造提供可靠的保障。

1.3 可靠性測(cè)試與故障分析

（1）加速壽命測(cè)試：通過(guò)對(duì)電子電路進(jìn)行加速壽命測(cè)試，可以模擬長(zhǎng)期使用和環(huán)境應(yīng)力對(duì)電路的影響，評(píng)估電路的壽命和穩(wěn)定性。加速壽命測(cè)試可以使用高溫、高濕度、高電壓等方法來(lái)加速電路的老化過(guò)程，以縮短測(cè)試時(shí)間。

（2）環(huán)境應(yīng)力測(cè)試：通過(guò)對(duì)電子電路在不同環(huán)境條件下的測(cè)試，可以評(píng)估電路的穩(wěn)定性和可靠性。例如，可以對(duì)電子電路進(jìn)行高溫、低溫、高濕度、低濕度、高海拔等環(huán)境應(yīng)力測(cè)試，以評(píng)估電路在各種極端環(huán)境下的表現(xiàn)[3]。

（3）電路故障測(cè)試：通過(guò)對(duì)電子電路的功能和性能進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)電路中的故障問(wèn)題。例如，可以通過(guò)測(cè)試電路的輸出信號(hào)，來(lái)評(píng)估電路的放大增益、帶寬等性能指標(biāo)，并發(fā)現(xiàn)電路中存在的故障。在發(fā)現(xiàn)故障后，需要對(duì)故障進(jìn)行深入的分析和定位，并采取有效的措施進(jìn)行修復(fù)。又例如，可以使用電子測(cè)試儀器（如萬(wàn)用表、示波器、頻譜分析儀等）對(duì)電路進(jìn)行深入分析，并利用電路圖和元件手冊(cè)來(lái)確定電路中故障元件的位置和特征。然后，可以采取相應(yīng)的措施來(lái)修復(fù)故障，如更換故障元件、調(diào)整電路參數(shù)等。

1.4 反饋與改進(jìn)機(jī)制

在電子電路的生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中，需要建立健全的反饋和改進(jìn)機(jī)制。對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和故障，需要及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，也需要對(duì)電子電路的應(yīng)用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和反饋，以便優(yōu)化電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用性能。

2 電子電路抗干擾的技術(shù)方法和措施

2.1 屏蔽與隔離

屏蔽和隔離是提高電子電路抗干擾能力的有效手段。屏蔽可以通過(guò)金屬殼體、屏蔽罩等方式來(lái)限制外部干擾的進(jìn)入，而隔離則通過(guò)隔離器件和隔離放大器等方法來(lái)隔離干擾信號(hào)的傳遞。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)钠帘魏透綦x措施，提高電路的抗干擾能力。例如，對(duì)于金屬屏蔽，其抗干擾能力的有效性取決于屏蔽的材料、厚度和形狀等參數(shù)。材料方面，應(yīng)選擇高導(dǎo)電性、低磁導(dǎo)率的金屬材料，如銅、鋁等。厚度方面，應(yīng)該根據(jù)電路的工作頻率和電磁波的波長(zhǎng)等因素，選擇合適的厚度。一般來(lái)說(shuō)，金屬屏蔽的厚度應(yīng)大于電磁波的1/10 波長(zhǎng)。形狀方面，應(yīng)該選擇合適的形狀與結(jié)構(gòu)，以最大限度地降低電磁輻射和電磁波的進(jìn)入。例如，對(duì)于手機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用U 型金屬天線的方式來(lái)限制外部電磁波的影響，同時(shí)在手機(jī)殼體上使用金屬屏蔽來(lái)防止外部電磁波的進(jìn)入。這些參數(shù)的優(yōu)化可以顯著提高電子電路的抗干擾能力。

具體而言，金屬屏蔽的厚度是影響其抗干擾能力的一個(gè)重要因素。表1 列出了不同厚度的鋁箔屏蔽在不同頻率下的屏蔽效果。

表1 金屬屏蔽的抗干擾能力與厚度的關(guān)系

從表1 可以看出，隨著金屬屏蔽的厚度增加，其在不同頻率下的屏蔽效果也隨之提高。一般來(lái)說(shuō)，金屬屏蔽的厚度應(yīng)大于電磁波的1/10 波長(zhǎng)。

不同形狀的金屬屏蔽對(duì)電子電路抗干擾能力的提高也有著顯著影響。表2 列出了不同形狀的金屬屏蔽在不同頻率下的屏蔽效果。

從表2 可以看出，U 型屏蔽在不同頻率下的屏蔽效果要優(yōu)于方形屏蔽和圓形屏蔽，這是因?yàn)閁 型屏蔽在設(shè)計(jì)上能更好地防止外部電磁波的進(jìn)入。

此外，在隔離設(shè)計(jì)方面，也有一些常用的方法和措施。例如，采用光電隔離器件可以有效地隔離干擾信號(hào)的傳遞，同時(shí)具有高速、高精度和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，因此在數(shù)字電路、模擬電路和功率電子系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)還可以采用變壓器隔離和差分信號(hào)傳輸?shù)确椒▉?lái)隔離干擾信號(hào)的傳遞，提高電路的抗干擾能力。需要注意的是，在屏蔽和隔離設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和電路要求來(lái)選擇合適的措施。例如，在一些高要求的應(yīng)用場(chǎng)合，如航空、軍事等領(lǐng)域，應(yīng)該采用高性能的屏蔽和隔離措施來(lái)保證電路的穩(wěn)定性與可靠性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以評(píng)估電路的抗干擾能力和性能，優(yōu)化屏蔽和隔離設(shè)計(jì)的參數(shù)與措施。

2.2 接地與引線設(shè)計(jì)

良好的接地和引線設(shè)計(jì)是提高電子電路抗干擾能力的重要手段。以下是一些常見(jiàn)的接地和引線設(shè)計(jì)措施。

（1）接地設(shè)計(jì)：在電子電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)該采用良好的接地方式，防止地回路產(chǎn)生的干擾。對(duì)于多個(gè)地點(diǎn)的接地，應(yīng)該使用星形接地方式，將多個(gè)地點(diǎn)的接地線匯聚在一起，避免形成多個(gè)地點(diǎn)的回路。對(duì)于高頻電路，應(yīng)該采用分離式接地，將信號(hào)地和電源地分離，避免信號(hào)地與電源地的回路產(chǎn)生的共模干擾。

（2）引線設(shè)計(jì)：在電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)該采用合適的引線方式，防止引線對(duì)電路產(chǎn)生影響。對(duì)于高頻電路，應(yīng)該采用短引線和低電感的引線方式，避免引線產(chǎn)生的電感和串?dāng)_對(duì)電路產(chǎn)生影響。對(duì)于低頻電路，可以采用布線板或印刷電路板等方式，將電路元件和引線直接印刷在板上，避免引線的串?dāng)_和電感對(duì)電路產(chǎn)生影響。通過(guò)采用良好的接地和引線設(shè)計(jì)措施，可以有效降低電子電路的共模干擾和差模干擾，提高電路的抗干擾能力。不同引線的電感和長(zhǎng)度比較如表3所示。

表3 引線的電感和長(zhǎng)度比較

2.3 濾波與抑制

濾波和抑制是電子電路抗干擾的重要手段。濾波器可以通過(guò)濾除干擾信號(hào)的特定頻段來(lái)保證電路的正常工作；而抑制器可以通過(guò)降低信號(hào)的幅度和提高信噪比來(lái)消除干擾。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)臑V波和抑制措施，提高電路的抗干擾能力。不同類(lèi)型濾波器的頻率響應(yīng)如表4 所示。

表4 不同類(lèi)型濾波器的頻率響應(yīng)

2.4 增加冗余和備份機(jī)制

在電子電路設(shè)計(jì)中，增加冗余和備份機(jī)制是一種有效的方法，可以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。這種方法的核心思想是通過(guò)增加多余的電路元件或備用回路，來(lái)保證電路在故障時(shí)仍能正常工作。

在增加冗余元件方面，可以采用多個(gè)電容、電阻、晶體管等元件，并將它們并聯(lián)或串聯(lián)在電路中。當(dāng)某個(gè)元件出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到備用元件，確保電路的連續(xù)工作。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮元件的工作壽命，以便在元件壽命到期前及時(shí)更換。在增加備份回路方面，可以采用備用電源、備用控制器等方式，以確保電路在主回路出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)切換到備用回路，保證電路的連續(xù)工作。備份回路的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到主回路和備份回路之間的切換時(shí)間與切換過(guò)程中的信號(hào)傳輸，以確保電路的穩(wěn)定性及可靠性[4]。

需要注意的是，在增加冗余和備份機(jī)制時(shí)，需要平衡成本和可靠性之間的關(guān)系，以確保電路的可行性與經(jīng)濟(jì)性。此外，還需要對(duì)冗余和備份回路進(jìn)行定期檢測(cè)及維護(hù)，以確保它們能夠在需要時(shí)發(fā)揮作用[5]。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)這些方法和技術(shù)的深入探討，可以有效提高電子電路的可靠性和抗干擾能力，降低故障率，延長(zhǎng)電路的使用壽命，提高電路的性能和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法和技術(shù)，并不斷優(yōu)化與改進(jìn)，以滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)需求及技術(shù)要求。