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什么是电子产品的老化测试？ 什么是电子产品的老化测试？ 1 min Thought Leadership 一旦你开始计划生产任何新的电路板，你很可能会为你的新产品计划一系列测试。这些测试通常关注功能性，对于高速/高频电路板，还会关注信号/功率完整性。然而，你可能希望你的产品能够运行极长的时间，因此你需要一些数据来可靠地为你的产品寿命设定一个下限。 除了在线路测试、功能测试和可能的机械测试之外，组件和电路板本身还可以从烧入测试中受益。如果你计划大规模生产，最好在扩大生产量之前进行这种测试。 什么是烧入测试？ 在烧入测试期间，特殊烧入电路板上的组件会在其额定工作条件或以上条件下受到压力，以便淘汰那些在组件额定寿命之前就会过早失败的装配件。这些不同的工作条件可以包括温度、电压/电流、工作频率或任何其他指定为上限的工作条件。这些类型的应力测试有时被称为加速寿命测试（HALT/HASS的一个子集），因为它们模拟了组件在延长时间内和/或在极端条件下的操作。 这些可靠性测试的目标是收集足够的数据来形成一个浴缸曲线（下面展示了一个例子）。不幸命名的“婴儿期死亡”部分包括由于制造缺陷而导致的早期组件故障。这些测试通常在125°C下进行，恰好是高可靠性半导体的上限温度。测试可以在电气操作下的各种温度下进行，以获得产品可靠性的全面视图。 烧录测试和环境应力测试可以在125°C或以上的温度下对原型板进行，这个温度高于预期基板材料的 玻璃转变温度。这将为板上的机械应力失败提供一些极端数据，同时也提供关于组件失败的数据。烧录测试包括两种不同类型的测试： 静态测试 静态老化测试仅仅涉及在不施加输入信号的情况下，对每个组件施加极端温度和/或电压。这是一种简单、低成本的加速寿命测试。探针只需进入环境舱，将舱室温度提高，然后将设备电压提升到所需的应用电压。这种测试最适合作为模拟极端温度存储的热测试。在测试期间施加静态电压不会激活设备中的所有节点，因此它不能提供关于组件可靠性的全面视图。 动态测试 这种类型的测试涉及在烧录板暴露于极端温度和电压时，向每个组件施加输入信号。这提供了关于组件可靠性的更全面视图，因为可以评估IC内部电路的可靠性。在动态测试期间可以监控输出，从而提供了哪些板上点最容易发生故障的一些视图。 任何导致失败的老化测试都需要进行彻底检查。这在对原型板进行压力测试时尤其如此。这些测试在时间和材料方面可能既耗时又昂贵，但它们对于最大化产品的有效寿命和 验证设计选择至关重要。这些测试远远超出了电路内测试和功能测试，因为它们将新产品推向其极限。 板级与元件级可靠性测试 老化测试并不特指对原型板进行的压力测试——这通常被称为HALT/HASS。老化测试以及其他环境/压力测试，可以揭示板级和 元件级故障。这些测试可以在规格内或高于规定的操作条件下进行。 一些板设计师可能会对老化测试和其他超出元件规格或板/元件预期操作条件的压力测试结果持保留态度。其逻辑是，板和/或元件在其预期环境中部署时永远不会遇到这样的操作条件，因此测试结果必定无效。这忽略了超规格老化测试和一般压力测试的重点。 超标准运行这些测试可以发现更多的故障点。串行运行多个测试可以让您看到这些故障点随时间如何出现，从而更好地了解可靠性。超标准运行简单地为您的产品寿命提供了更大的加速，并让您更深入地了解浴缸曲线。 如果您能够解决在超规格测试期间识别出的任何故障点，您可以显著增加您的成品板的使用寿命。如果您在设计软件中可以访问供应链数据，您可以轻松地用具有更长额定寿命的合适替代品替换出的组件。所有这些步骤都将大大增加您成品的使用寿命。 一旦您从制造商那里获得了烧入测试结果，并且您正在计划设计更改，您可以快速修改您的布局，并准备进行新的制造运行，使用 阅读文章
如何为降压转换器选择电感器 如何为降压转换器选择电感器 1 min Thought Leadership 开关电源（SMPS）是那种在安静中（尽管在电气上很嘈杂）确保你最喜爱的电子设备平稳运行的设备。它们默默地在背后执行着它们的职责，然而没有它们你的电路板就无法运作。作为为功率需求大的应用设计直流-直流转换器的一部分，组件选择对于确保向负载稳定供电并且高效率至关重要。 在众多直流-直流转换器拓扑结构中，降压转换器（buck converter）因其在降低输入电压至较低水平时提供高效率的电力转换而被广泛应用。关于这些电源转换器的组件选择的一个常见问题是如何为降压转换器选择一个电感器。在降压转换器中使用电感器和其他组件的目标是限制电力损失转化为热量，同时最小化电流涟漪。 降压转换器中的电感器 以下展示了SMPS的基本降压转换器拓扑结构。在此图中，MOSFET的输出通过PWM信号驱动，该信号以用户选择的占空比开关MOSFET。当PWM信号切换时，电感和电容在提供稳定电流给负载中起着关键作用。最终，PWM信号的占空比是允许用户控制输出到负载的电压的主要功能。 电感将以与PWM信号相同的速率不断切换，因此它负责在发送到输出的电流上叠加一些轻微的纹波。电感和电容形成了一个L滤波器，基本上是一个二阶带通滤波器。假设您使用了一个足够 大的低ESR电容，电容将提供低阻抗，构成纹波的高频分量将被大量移除。 如何为您的降压转换器选择电感 电感器的适当值取决于您的设计能够容忍的期望纹波电流，以及您计划用于PWM信号的占空比。下面的方程显示了输出电压作为二极管正向电压降和MOSFET上状态电压降的函数。在考虑了这些电压后，输出电压是： 我将跳过一些数学计算，直接得出重要结果。首先，电感和PWM频率与纹波电压成反比。其次，纹波还是PWM占空比的二次函数。降压转换器中的纹波电流是： 注意，PWM信号的上升时间在任一方程中都没有出现。然而，上升时间很重要，因为它在确定 转换器发出的噪声和损耗方面（见下文更多详情）起着作用。重要结果可以总结如下： 增加占空比将减少纹波，但也会使输出电压更接近输入。 提高PWM频率会减少纹波，但这将 增加MOSFET的散热量。然而，这里有一个需要注意的地方：使用边沿速率更快的PWM信号会减少因高PWM频率而产生的损失（再次见下文）。 使用更大的输入电压需要使用更大的电感器以将纹波降低到可接受的水平。通常，使用更大的电感器来减少纹波。 为什么PWM上升时间很重要 电感器负责创建并同时抑制输出电流上的纹波，尽管这可以作为设计目标在设计中设置，遵循上述指导方针。然而，有一些关于任何开关调节器的重要方面是电感器无法控制的： 来自开关元件的辐射EMI：晶体管的这种开关噪声可以在下游电路中引入一些噪声。 由于皮肤效应而导致的热损失：这是电感器的几何形状而非电感值的函数。如果电感器具有更大的横截面积和更高的热导率，热量可以以更高的速率从电感器中散发出去。 阅读文章
如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么 如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么 1 min Thought Leadership 随着组件的操作速度增加，受控阻抗在数字、模拟和混合信号系统中变得越来越常见。如果互连的受控阻抗值不正确，那么在电路测试期间识别这个问题可能非常困难。轻微的不匹配可能不会导致板失败，但如果没有在板上放置正确的测试点和测试结构以便进行裸板阻抗测试，那么很难确定不正确的阻抗是任何测试失败的原因。 由于阻抗取决于许多参数（走线几何形状、层压板厚度和层压板Dk值），因此目前大多数PCB都进行受控阻抗测试。然而，测试通常是在PCB测试优惠券上进行的，该测试优惠券是在与PCB相同的面板上制造的（通常沿着边缘）。如果你想快速完成板旋转并帮助未来的设计，你可能会考虑设计一个测试优惠券，并为未来的设计保留它。此外，为您的制造商提供有关您建议的互连几何形状的充分文档，对于确保您的制造商创建正确的测试优惠券非常有帮助。 单独或集成的PCB测试券？ 任何测试优惠券的目标都是准确捕捉您的电路板预期的堆叠结构，并促进准确的互连阻抗测试。有许多方法可以做到这一点。在一个用于控制阻抗的测试优惠券中，制造商可能会在面板边缘留出一些空间，放置一些用于控制阻抗测试的测试结构。测试优惠券也可以从供应商库中选择，按照行业标准设计（例如， IPC 2221B 附录A的D优惠券），或使用一些软件生成（例如， IPC 2221B Gerber 优惠券生成器）。 有时，测试优惠券会被集成到实际的PCB中，而不是作为同一面板上的单独部分创建。在这种情况下，测试优惠券可能不会有人们期望的典型外观，这种外观通常是由生成的或供应商提供的测试优惠券所具有的。Kella Knack在 最近的一篇文章中描述了在单独的测试优惠券中包含的常见测试结构（如果你是制造商）或直接在原型板上（如果你是设计师）。 将测试结构直接放置在电路板上可能看起来像是浪费空间，但它极大地帮助了电路测试，无论是在原型设计阶段还是在全面生产阶段。如果您正在设计不常见的互连几何形状，您需要在大规模生产前评估阻抗。设计一个带有您的互连设计的单板并在内部测试它们并无妨。您需要为测试板预付费用，但如果您能在生产前获得所需的测量数据，可能会省下一次板子旋转的费用。 超越阻抗 互连阻抗、PDN电容、导体损耗和传播延迟都可以通过正确的测试结构来测量。放置在定制测试优惠券上的其他测试结构对于确定基板层压板的 介电常数也很有用。一旦进入微波/mmWave领域，就应该测试插入损耗和腔体辐射，以确保受控阻抗线上的模拟信号不会经历显著的退化。 测试优惠券还可以通过热冲击测试、回流模拟、玻璃转变温度测量、导体直流电阻测量或您能想象的任何其他测试。测试优惠券还给制造商一个机会来验证制造过程和质量，确保您的新板符合可靠性标准。面板的结果应该在规格值的5%以内。 在高频下的创新 阅读文章
在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈 在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈 1 min Thought Leadership 增强现实、虚拟手术、肢体替换、医疗设备以及其他新技术需要结合触觉振动电机和反馈，以便让佩戴者充分感受到他们与环境的互动方式。除非这些尖端应用包含了触觉振动和反馈，否则用户将被迫依赖其他四种感官来理解真实或虚拟环境。自从翻盖手机时代以来，支持触觉反馈的低成本组件就已经可用，设计师们的想象力是唯一的限制。 最近一个新客户的询问让我不得不深入了解触觉振动和反馈的世界。如果你是一名音频电子设计师，那么你可能已经熟悉了传感器以及如何将它们与放大器、MCU或其他组件配对。无论你是否熟悉传感器，都存在一个嵌入式软件问题需要解决，特别是当你考虑到用于触发触觉反馈的传感器时。 选择触觉振动电机 触觉振动电机有两种类型：可变幅度和可变频率。显然，这些电机可以细分为不同的电机结构，如垂直振荡、直线和偏心旋转质量（ERM）振动电机。ERM电机在旧寻呼机和早期手机中很常见。垂直振荡电机和直线电机在它们对包装施加力的方式上相似。这些电机可以通过一对线路安装到板上或包装上。 上面展示的硬币/煎饼式电机基本上是一个幅度控制的直流电机，其频率可以通过改变电机看到的直流电压从约10000转每分钟变化到约15000转每分钟。驱动这些电机所需的直流电压通常在2到5伏之间，设备需要的电流在约50到约100毫安之间。过去20年的许多研究发现，用于触觉反馈的最佳振动频率范围在150赫兹到180赫兹之间。也有交流版本可用（见下表）。 另一种触觉振动电机是线性谐振执行器（LRA）。这种类型的电机在狭窄的带宽内有强烈的共振。这些设备不应该用于频率控制的触觉反馈，但它们对于电压控制的触觉反馈非常有用，因为它们会在驱动频率下响应（即，它们是交流电机）。 阻抗匹配还是阻抗桥接？ 将这些电机引入实际系统并不是什么大挑战，因为它们不会像较大的电机那样产生相同的 传导和辐射EMI问题。如果将它们放置在电路板上（即作为SMD组件），应该将它们放置在电路板边缘附近以及能让用户最好感知到振动的区域附近。为这些组件布局电路板时，应像布局任何其他 小型直流/交流电机一样。 由于电压和电流要求，将振动电机连接到驱动器时，总是存在 阻抗匹配与阻抗桥接之间的问题。触觉振动电机本质上是一种传感器，它能够响应低频电信号输出特定的低频机械振动。 如果你阅读了一些关于传感器的教程，即使是在一些技术性很强的流行网站上，你也会发现一些建议称源IC与传感器之间需要阻抗匹配。这正是人们在EDN和Hyperphysics上找到的建议，直到多次投诉迫使网站所有者更改他们的内容。是否应该使用阻抗匹配或阻抗桥接取决于驱动器的性质。 如果驱动器实质上是一个电流控制的电压源（即，输出阻抗低），那么应该使用阻抗桥接来将高输出电压传输到电机。这基本上是现代音频设备所做的。然而，如果驱动器具有相反的功能，应该选择其阻抗远低于源阻抗的电机。传输线效应在这里不相关，因为我们操作在数百赫兹的范围内。 触觉反馈算法 触觉反馈的一个重要部分是随着系统中其他输入的变化而改变振动感觉。数据可以与外部传感器的一些测量结果一起输入系统，并用于控制触觉振动强度。这些系统可以是开环系统或闭环系统，它们类似于工业控制系统中使用的控制策略。 触觉反馈算法足够轻量，可以嵌入到MCU或小型FPGA中，只要设备有足够的输入来支持产品中的其他功能。触觉反馈算法仍然需要针对特定产品进行设计，这些算法仍然是科学和工程研究的活跃领域。 如果您计划在新的PCB中加入触觉振动和反馈，您应该使用 Altium Designer®中的CAD工具来布局您的新电路板并放置触觉振动电机的组件模型。MCAD工具可以帮助您设计电路板，使其整齐地适应其外壳并为制造做好准备。 阅读文章
PCB天线设计的基本方法 最佳PCB天线设计软件简化天线实施过程 1 min Blog 电路板天线设计对于任何软件来说都可能是一项艰巨的任务；然而，对于Altium Designer来说，这不应该是个问题，它可以作为您首选的BLE天线设计软件，以及更多功能。 ALTIUM DESIGNER 确保您的天线设计能够无问题地放置 消费者和工业需求已经促使对更小型无线设备的需求增加。这些设备支持可穿戴技术、蓝牙低功耗（BLE）应用、个人通信系统、物联网（IoT）应用、医疗技术、汽车高级驾驶辅助系统以及其他创新技术。每一种应用以及其他应用都需要PCB天线，这些天线在减少物理占用空间和成本的同时，还要保持性能。此外，PCB天线设计还必须响应从典型的2.4 GHz频段到毫米波频率的频率要求。 与使用三维导线或芯片天线不同，PCB天线设计软件包含在印刷电路板上绘制的轨迹。根据天线类型和空间限制，PCB天线设计师使用的轨迹类型包括直线轨迹、倒F型轨迹、蜿蜒轨迹、圆形轨迹或带有波浪的曲线轨迹。PCB天线的二维结构需要强大的天线设计软件，如Altium Designer，以确保结构满足制造商给出的规格。 最佳PCB天线仿真软件将创新与应用相匹配 制造商可能会提供已经制造好的PCB天线组件，包括电缆和连接器。随着可用的PCB天线选项（例如BLE天线设计、物联网天线等）的多样化，团队可以根据电气和机械要求添加到系统设计中或自定义天线。PCB天线设计的范围从基本的微带贴片到微带贴片、条形线和共面波导（CPW）传输线的组合。一些设计可能会在同一PCB天线中结合不同类型的传输线。 选择PCB天线设计软件取决于应用场景。无线鼠标不需要与其他应用可能需要的相同的RF范围和数据速率。连接到物联网的传感器和设备需要更大的RF范围和更高的数据速率。新型PCB天线设计采用双频带和多频带覆盖，以响应需要宽带频率范围或由同一天线服务的多个应用的系统应用。 由于RF范围的变化，具有相同功率要求的设计往往具有不同的布局，并应用不同的天线设计原则。无论应用场景如何，天线的设计和RF布局对性能有最大的影响。此外，PCB天线仿真软件必须遵循RF走线的布局指南，坚持PCB堆叠和接地的最佳实践，提供电源去耦，并由适当的RF无源组件组成。设计和产品要求的差异确立了PCB天线设计软件的需求。 例如，一些不需要更高增益的高频应用使用单极PCB天线，这种天线由一侧电路层压板上形成的微带贴片组成，与较大的接地平面通过介电质分离。其他应用可能需要在某些频率上获得更高的增益，因此使用多层配置。在这两种情况下，目标操作频率的波长与贴片的大小直接相关。 PCB天线设计需要基本方法 PCB天线设计始于确定关键性能参数。这些参数包括 回波损耗 带宽 辐射效率 辐射模式和 阅读文章
解耦电容和旁路放置指南 解耦电容和旁路放置指南 1 min Thought Leadership 电源完整性问题通常从电源的角度来看，但同样重要的是观察集成电路的输出。旁路和去耦电容旨在补偿PDN上看到的电源波动，这确保了信号水平的一致性和集成电路的电源/地脚上看到的恒定电压。我们汇编了一些重要的旁路和去耦电容设计指南，以帮助您在下一个PCB中成功使用这些组件。在这篇博客中，我们将讨论旁路电容与去耦电容的区别。 两个相关的电源完整性问题 去耦电容和旁路电容用于解决两种不同的电源完整性问题。尽管这些电源完整性问题相关，但它们以不同的方式表现出来。首先要注意的是，用于电源完整性的“去耦电容”和“旁路电容”这些术语是用词不当；它们并不去耦或旁路任何东西。它们也不会将“噪声”传递到地面；它们只是随着时间的推移充电和放电，以补偿噪声波动。这些术语指的是这些电容作为电源完整性策略的一部分的功能。 首先，考虑去耦电容。通常认为，PCB去耦电容的放置目的是为了确保电源轨/平面与地平面之间的电压在低频电源噪声、 PDN上的振铃以及PDN上的任何其他电压波动中保持恒定。当去耦电容放置在电源和地平面之间时，它与平面并联，这增加了总PDN电容。实际上，它们补偿了不足的 层间电容并降低了PDN阻抗，使得PDN电压中的任何振铃都被最小化。 现在考虑旁路电容。它们也旨在维持PDN和驱动IC内的恒定电压，但它们补偿的电压是输出引脚与PCB接地平面之间的电压。尽管它们被放置在电源引脚和IC上的接地连接之间，但它们执行的功能不同，即对抗电容至地的反弹。当数字IC开关时，键合线、封装和引脚中的寄生电感会导致驱动器输出与地之间的电压增加。旁路电容输出一个与地反弹电压相反的电压，理想情况下导致总电压波动总和为零。 在上述模型中，存在一个闭环，其中包括旁路电容（CB）和IC封装/地面连接上的杂散电感L1。请注意， 地面弹跳电压 V(GB)是在输出引脚和地面平面之间测量的。其余的电感都是寄生元件，这些寄生元件影响旁路电容补偿地面弹跳的响应时间。在理想模型中，旁路电容看到的电压将补偿由杂散电感L1在切换过程中产生的地面弹跳电压。 旁路电容放置指南 如果你观察电容器对地反弹的方式，应该很明显知道在哪里 放置旁路电容器。由于上述电路模型中的寄生电感，旁路电容器应尽可能靠近电源和地线引脚放置，以最小化这些电感。这与你在许多应用说明和元件数据表中找到的建议是一致的。 还有另一个需要考虑的方面，与寄生电感有关，那就是连接到IC的方式。不应该从电容器引出一条短的走线到IC引脚，而应该通过过孔将电容器直接连接到地线和电源平面。在这种布局中，确保遵守 焊盘和走线间距要求。 为什么会这样？原因是地/电源平面布局（只要平面在相邻层中）将具有非常低的寄生电感。实际上，这是您的板中寄生电感的最低来源。如果您能将旁路电容器放置在板的底面，您可能能实现更好的布局。 解耦电容器设计指南 在您确定了 PCB去耦电容的大小之后，您需要在某个位置放置它，以确保它能够补偿输入电压的波动。实际上，最好使用多个电容器，因为它们将并联排列，这种并联排列将提供更低的有效串联电感。 旧的指南可能会告诉你可以在电路板上的任何地方放置它们。然而，请小心，因为这可能会增加去耦电容器与目标IC之间的寄生电感，从而增加PDN的阻抗和对EMI的敏感性。相反，对于具有快速边沿速率的IC，您应该将它们放置得更靠近目标IC。下面的图片展示了一个典型的旁路和去耦电容器在IC附近的放置方式。这是高速电路的一个最佳布局，因为所有信号路径上电容器与IC之间的寄生电感将非常低。 阅读文章
使用IPC-2221计算器进行高电压设计 使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反，其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具，例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。 在高压PCB设计中，重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面，其中一些归结为简单的数学公式。对于高压PCB，IPC-2221计算器可以帮助您快速确定PCB上导电元件之间的适当间距要求，这有助于确保您的下一块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时，您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。 什么是IPC-2221？ IPC-2221（修订版B，2012年生效）是公认的行业标准，定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料（包括基板和镀层）的设计要求、可测试性、 热管理和散热装置以及 环形圈等。 某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如，IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过，IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板，通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距，旨在解决两点： 在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性 导电阳极丝化的可能性，有时称为 枝晶生长（ 参见下文） 第一点最重要，因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制，即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中，防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。 下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意，IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V，则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后，所需的最小间距就会相对应增加，如表最下面一行所示。 电流过高时的温度上升 并非所有高压PCB都会在大电流下运行，但那些要求使用大电流的PCB在导体不够大时可能会出现高的温升。PCB中的温度升高是由于焦耳热引起的，这与导体的直流电阻有关。因此，当电流也很大时，承载高电流的导体的横截面积应较大。 要确定最佳横截面积，可以使用基于IPC-2221和IPC-2152标准中所发布数据的计算器。IPC-2152计算器中使用的数据集更复杂，但可以提供比IPC-2221计算器更准确的结果。 访问免费的在线IPC-2221计算器 了解IPC-2152和IPC-2221计算器之间的区别 阅读文章