淺析電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

摘 要：科學(xué)技術(shù)的日新月異以及電子通訊設(shè)備種類的不斷增多，使得電子通訊設(shè)備產(chǎn)品在呈多樣化發(fā)展趨勢(shì)的同時(shí)，該行業(yè)之間的競爭也在空前加劇。再加上社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電子通訊設(shè)備的質(zhì)量以及可靠性的要求也在不斷提高，過去的單純的依靠價(jià)格優(yōu)勢(shì)來迎合消費(fèi)者的狀況在不斷消失，人們更關(guān)注的則是電子通訊設(shè)備的穩(wěn)定性以及運(yùn)行的可靠性。從當(dāng)前電子通訊設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，在電子通訊設(shè)備的生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行質(zhì)量控制的要素有很多，但是最關(guān)鍵的是要在設(shè)計(jì)的過程中就應(yīng)該融入設(shè)備可靠性的設(shè)計(jì)理念，如果電子通訊設(shè)備設(shè)計(jì)過程中沒有充分考慮到可靠性以及安全性的設(shè)計(jì)，那么就無法真正的保證設(shè)備的質(zhì)量以及安全運(yùn)行。在這種情況下，對(duì)于電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和論述具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：電子通訊設(shè)備；可靠性；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN02

1 電子通訊設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)的必要性及影響要素分析

1.1 可靠性設(shè)計(jì)的必要性分析

簡而言之，電子通訊設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)的必要性表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，可靠性存在于電子通訊設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)，不管是對(duì)于設(shè)備的設(shè)計(jì)，還是對(duì)于設(shè)備的安裝、使用以及維修，都離不開可靠性。但是一個(gè)重要前提就是重視可靠性設(shè)計(jì)，即設(shè)備的可靠性定量指標(biāo)要嚴(yán)格體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的過程中，以便為設(shè)備的固有可靠性提供有利條件。若在應(yīng)用過程中，未重視電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)，就無法確保電子通訊設(shè)備的質(zhì)量。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，設(shè)計(jì)不合理逐步發(fā)展成為影響設(shè)備可靠性的重要因素；第二，伴隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，電子通訊設(shè)備逐步向著智能化、小型化和多功能化方向發(fā)展。由于功能不斷發(fā)展，對(duì)部件的可靠性要求也不斷提高。從而就要求科學(xué)地選擇元器件，通過實(shí)施降溫、降額等技術(shù)來切實(shí)降低元器件的使用效率，以便確保電子通訊設(shè)備的可靠性；第三，重視在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中采取可靠性措施，與在后期階段采取措施具有重要的作用和意義，不僅能夠有效降低能耗，而且效果顯著。

1.2 可靠性設(shè)計(jì)的影響要素分析

對(duì)于電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)來說，其影響因素是多方面的，一般情況下，主要包括以下四個(gè)方面：一是機(jī)械化的條件對(duì)于設(shè)備可靠性的影響。它主要是指在設(shè)備機(jī)械化環(huán)境下使用的過程中受到的一系列的振動(dòng)或是沖擊等因素導(dǎo)致的不良影響；第二是氣候條件和不利環(huán)境對(duì)于電子通訊設(shè)備的影響。由于氣候、環(huán)境等因素的多邊性，它們都將影響到設(shè)備的正常使用以及可靠性；三是生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)條件等對(duì)于設(shè)備可靠性的影響。由于一些企業(yè)在生產(chǎn)制造電子通訊設(shè)備方面的技術(shù)、設(shè)備以及生產(chǎn)條件等等方面還不夠成熟，因此在設(shè)備生產(chǎn)的過程中，可能由于各方面差異因素的影響而最終影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用情況；四是外界電磁干擾等干擾因素對(duì)于設(shè)備可靠性的影響。其實(shí)電磁干擾對(duì)于設(shè)備的影響在很大程度上還是外界環(huán)境的影響，由于設(shè)備在使用過程中，可能周圍環(huán)境存在不同程度的電磁波，這對(duì)于設(shè)備的正常使用將產(chǎn)生直接的影響，影響設(shè)備的性能和安全可靠性。

2 電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

2.1 電子線路的可靠性設(shè)計(jì)，進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)

電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的過程，也是不斷降低這種復(fù)雜性函數(shù)的一個(gè)過程。因此對(duì)于電子線路的可靠性設(shè)計(jì)，要在滿足設(shè)備基本性能需求的基礎(chǔ)上，不斷的降低優(yōu)化流程，這也就是我們首先要論述的簡化設(shè)計(jì)。在對(duì)于電子線路進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)過程中，可以從以下幾個(gè)方面入手：一是可以使得一個(gè)電路元件或是器件同時(shí)供多個(gè)通道使用，進(jìn)而減少線路通道；二是在保證基本的設(shè)計(jì)要求和使用功能的基礎(chǔ)上，要盡可能的減少器件的個(gè)數(shù)以及類型，并逐漸朝著集成電路的方向發(fā)展，通過使用集成電路來降低連線數(shù)和接點(diǎn)數(shù)，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的；三是逐步實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)向軟件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，很多的功能可以通過軟件代替硬件，進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)；四是逐步實(shí)現(xiàn)模擬電路向數(shù)字電路的轉(zhuǎn)變，這對(duì)于提高電路的可靠性具有重要作用，同時(shí)設(shè)計(jì)需要堅(jiān)持最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。但在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中還需要注意一些問題，比如不能一味的降低元器件數(shù)，而增加其他器件的承載能力，減少設(shè)備的基本性能；再比如一些關(guān)鍵性器件或是不成熟的軟件系統(tǒng)技術(shù)等不能直接使用。

2.2 低功耗與保護(hù)電路設(shè)計(jì)

科學(xué)技術(shù)的日新月異和發(fā)展，電子通訊設(shè)備以及電子系統(tǒng)也在逐漸朝著微型化和高密度化的方向發(fā)展，不僅器件密度在增加，設(shè)備線路的熱功率也有著很大程度的增加，低功耗的設(shè)計(jì)以及保護(hù)設(shè)計(jì)也成為電子通訊設(shè)備電子線路設(shè)計(jì)過程中的重要內(nèi)容。

對(duì)于低功耗設(shè)計(jì)，應(yīng)該從以下兩個(gè)方面入手。一方面是在線路器件選擇的過程中，要盡量使用一些低功耗的元器件，那么眾多器件疊加之后的線路系統(tǒng)的總能耗也會(huì)有所降低，同時(shí)在滿足基本的設(shè)計(jì)要求和使用需求的基礎(chǔ)上，對(duì)于電力系統(tǒng)的方式，我們應(yīng)該盡量選用CMOS線路；另一方面，同樣是在滿足基本的功能條件下，應(yīng)該盡可能使用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的具有一定邏輯性的電路，不僅運(yùn)行速度以及散熱性會(huì)得到提高，同時(shí)還要進(jìn)一步降低系統(tǒng)的硬件數(shù)量。對(duì)于保護(hù)電路設(shè)計(jì)，其主要是基于電子線路系統(tǒng)的安全性考慮。由于電子線路系統(tǒng)的應(yīng)用和運(yùn)行的過程中，可能會(huì)受到各種要素的影響，因此保證系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)主要是通過增加保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。

2.3 三次設(shè)計(jì)

三次設(shè)計(jì)主要包括電子線路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)以及容差設(shè)計(jì)，它們對(duì)于電子線路設(shè)計(jì)的重要性也都是直接的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)的總體性設(shè)計(jì)，而參數(shù)設(shè)計(jì)則是通過借助計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，再根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)手段確定合理的參數(shù)組，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)也是進(jìn)行三次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和重中之重。而容差設(shè)計(jì)是在參數(shù)組確定之后的進(jìn)行各個(gè)期間的一種容差檢測，主要目的還是對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。總的來說，在對(duì)于電子線路進(jìn)行三次設(shè)計(jì)之后，系統(tǒng)的性能以及可靠性會(huì)明顯增強(qiáng)。但是三次設(shè)計(jì)必須遵循一定的技術(shù)指標(biāo)以及器件的實(shí)際參數(shù)水平，也就是說三次設(shè)計(jì)應(yīng)該基于器件的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行，對(duì)于一些參數(shù)不確定或是不夠穩(wěn)定的應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)避，防止造成不良影響。

2.4 印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)，電磁的兼容性設(shè)計(jì)

通常情況下，當(dāng)印制電路板上面存在一定程度的電感的時(shí)候，那么就很容易在印制電路板上面產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響到電路板的正常運(yùn)行，所以我們要盡可能的降低這種干擾的影響，并進(jìn)行必要的電磁的兼容性設(shè)計(jì)。在實(shí)踐以及研究中我們發(fā)現(xiàn)，印制電路板上面的電感程度和印制導(dǎo)線的長度有著直接的關(guān)系，且長度越小的印制導(dǎo)線的電感量也就越小，因此在設(shè)計(jì)的過程中我們可以通過采用短而粗的導(dǎo)線來減少干擾。

另外由于印制電路板之間的各個(gè)導(dǎo)線直接還會(huì)存在著一定程度的串?dāng)_，所以在進(jìn)行電路板布線的過程中還應(yīng)該控制好線與線之間的距離，盡可能減少交叉的同時(shí)還應(yīng)該拉開線距。對(duì)于部分容易受到干擾的線路可以通過接地線的方法來減少串?dāng)_的影響。對(duì)于印制線條終端存在的反射干擾，在正常情況下，可以通過縮短印制線條的長度或是改變線路的傳輸速度來降低干擾程度，同時(shí)在特定需要或是情況下，還可以在終端的位置與電源之間添加特定大小的匹配電阻，這種措施減少干擾的效果也非常的好。

2.5 接地設(shè)計(jì)與熱設(shè)計(jì)

印制電路板的接地設(shè)計(jì)，由于不同的印制電路板布局以及接地方式的不同，因此在進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)還需要注意多方面的內(nèi)容。如果電路板的布局允許的話，那么可以直接采用成大平面的接地方式，也就說可以一面直接接地，另一面則專門進(jìn)行布線。采用這種接地方式可以有效的降低對(duì)地抗阻，減少對(duì)于信號(hào)的干擾以及削弱噪聲。另外直接采用大平面的接地方式還會(huì)產(chǎn)生一定的靜電屏蔽效應(yīng)，減少外來要素對(duì)于電路的高頻率干擾，同時(shí)也會(huì)起到一定程度的散熱效果。在設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)的總線布線也應(yīng)該遵循一定的布線原則，同時(shí)信號(hào)底線也應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離時(shí)鐘線，這樣就可以很好的排除其他地線的干擾。在進(jìn)行接地設(shè)計(jì)過程中，如果印制電路板布局允許的話，則可以采用雙面板或是多層板，這樣就可以減少布線長度，防止高頻干擾，具體的走線還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要而定。

印制電路板的熱設(shè)計(jì)應(yīng)該以提高散熱效果為主要設(shè)計(jì)理念，在安全印制板時(shí)要控制好間距，相關(guān)的元器件的選擇以及安裝都需要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。對(duì)于部分通過對(duì)流空氣實(shí)現(xiàn)散熱的電子通訊設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)要合理設(shè)計(jì)電路氣流路線，使得排氣通暢；對(duì)于印制板上的器件的位置布置也應(yīng)該考慮到元件的散熱程度，比如可以將一些散熱量較大的器件放在氣流較強(qiáng)的位置。

3 結(jié)束語

電子通訊設(shè)備發(fā)展至今，其可靠性設(shè)計(jì)對(duì)于保障設(shè)備的安全性能以及穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用，同時(shí)它也是電子通訊設(shè)備生產(chǎn)制造的一個(gè)重要而又關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在進(jìn)行電子通訊設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該從電子線路的可靠性設(shè)計(jì)以及印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)兩個(gè)主要方面入手，同時(shí)也應(yīng)該注重合理選用元器件，在每一步設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都應(yīng)該融入可靠性的設(shè)計(jì)理念和思想，在考慮設(shè)備綜合使用指標(biāo)的同時(shí)還應(yīng)該注重設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和質(zhì)量安全性。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子通訊設(shè)備的應(yīng)用也在變得不斷廣泛，在社會(huì)中發(fā)揮著巨大的促進(jìn)發(fā)展作用，同時(shí)這也要設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)成為了可能，每一個(gè)電子通訊設(shè)備生產(chǎn)設(shè)計(jì)企業(yè)，都應(yīng)該注重可靠性設(shè)計(jì)，努力實(shí)現(xiàn)電子通訊設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一。

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作者簡介：徐赟（980.11-），女，南京人，實(shí)訓(xùn)中心副主任，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：電子通訊。

作者單位：鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210049