印刷電路板的可靠性設計 在現代電子設備中，印刷電路板（PCB）依然是主要的裝配方式。即使電路圖設計完全正確，若PCB設計不佳，仍可能影響設備的穩定性與可靠性。例如，兩條相鄰的訊號線距離過近，會導致訊號傳輸時產生延遲或反射噪聲。因此，進行PCB設計時應採取適當的技術措施，以減少這類問題的影響。 1. 地線設計 接地是PCB設計中抑制干擾的重要手段。良好的接地設計能有效控制電磁干擾，增強設備穩定性。接地結構通常包括系統地、機殼地、數位地與類比地等。
電磁相容性（EMC）是指電子設備在各種電磁環境中能正常運作，並不會受到外界干擾或對其他設備產生干擾。設計時應考慮抑制各種電磁干擾的措施。
為減少訊號在導線末端的反射干擾，應盡量縮短導線長度。若導線長度超過10cm，則應採用終端匹配技術，即在傳輸線末端增加與地線或電源端匹配的電阻，以消除反射噪聲。 4. 去耦電容配置在電源迴路中，負載變動往往會引起電源噪聲。去耦電容可有效抑制這些瞬態噪聲電壓。通常在電源輸入端建議加裝10至100μF的電解電容，若空間允許，可選用更大容量的電解電容。對於每個積體電路芯片，建議配置0.01μF的陶瓷電容，若空間有限，可改用1至10μF的鉭電解電容。去耦電容的引腳應盡量縮短，以減少高頻噪聲。 5. PCB尺寸與元件佈局PCB的尺寸應合理控制。尺寸過大會導致導線過長，增加噪聲干擾與阻抗；過小則可能影響散熱並增加訊號干擾。元件佈局應盡量使相關元件靠近，提升抗干擾能力。且產生噪聲的元件應盡量遠離邏輯電路，必要時可將不同模塊分別設計在不同的PCB上。 6. 散熱設計進行PCB設計時，應考慮到散熱問題。若採用自然對流散熱，元件應按縱向排列；若為強制風冷，則應按橫向排列。此外，根據元件的發熱量進行分區佈局。發熱量大的元件應靠近氣流的下風，而對溫度敏感的元件則應放置在氣流的上風區域。合理的散熱設計能有效降低設備的故障率。 7. 電磁屏蔽設計電磁屏蔽是抑制內部與外部電磁干擾的有效手段。設計電磁屏蔽時，應選用適當的材料。對於電場干擾，屏蔽體應良好接地；對於磁場干擾，應選用高導磁材料並增加屏蔽厚度。為屏蔽電磁場，屏蔽體內部應盡可能吸收電磁波並反射表面輻射。材料的導電率與厚度對屏蔽效果影響重大。 Ｑ＆Ａ 1. 問：為什麼地線設計對於PCB設計如此重要？答：地線設計在PCB設計中扮演抑制干擾的重要角色，能夠有效控制電磁干擾並增強設備的穩定性。良好的地線設計能降低電位變動，防止噪聲對電路造成影響，尤其是在高速電路中，地線設計的好壞直接關係到系統的可靠運作。 2. 問：如何在高速PCB設計中實現電磁相容性？答：為了實現電磁相容性，應採取多種措施，像是選擇適當的導線寬度、合理的布線策略，以及避免線路的突變和不連續。此外，增加地線、縮短訊號線長度、並插入地線來抑制訊號串擾也是有效的做法，這樣能減少電磁干擾並增強信號完整性。 3. 問：為什麼需要在PCB中使用去耦電容？答：去耦電容的主要目的是抑制電源線上的瞬態噪聲，這些噪聲來自於負載的變動。通過在電源輸入端及每個積體電路芯片附近配置適當的去耦電容，可以穩定電壓供應並降低高頻噪聲對電路運作的影響。 4. 問：PCB尺寸過大或過小會造成什麼影響？答：如果PCB尺寸過大，導線的長度會增加，這可能會加大噪聲干擾與阻抗，影響訊號傳輸的穩定性；而如果尺寸過小，則可能導致散熱不佳，影響系統運作。合理控制PCB尺寸並且將相關元件靠近佈局，可以提升抗干擾能力並保持良好的散熱效果。 5. 問：如何針對不同的電磁干擾進行屏蔽設計？答：電磁屏蔽的設計需要根據干擾的類型選擇適當的材料。對於電場干擾，應確保屏蔽材料具有良好的導電性並做好接地；對於磁場干擾，應選用高導磁材料並適當增加屏蔽厚度。良好的屏蔽設計能有效減少電磁干擾，提升系統的穩定性。 |
