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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
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 Electrical Engineers PCB设计 PCB设计 Electrical Engineers Electrical Engineers 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
使用半固态片与内芯板进行受控阻抗布线 使用半固态片与内芯板进行受控阻抗布线 1 min Thought Leadership 当我刚开始学习PCB设计要点时，我的印象是内芯板是某种特殊材料。但其实这并非一定如此，设计人员在根据自身需求选择最合适的内芯板/半固态片布局方面拥有一定的自由度。当涉及到受控阻抗布线时，尤其是在高频下，使用内芯板还是半固态片层作为分离电介质已经成为一个重要的问题。 那么，究竟哪个层最适合用于受控阻抗布线呢？在考虑纤维编织效应之前，要想对电路板阻抗实现更好的控制，必须先提高介电常数均匀性。它还要求制造后生产出的电路板在介电常数方面具有更高的一致性和可预测性。在确定半固态片与内芯板层的位置时，您应该根据这些要求，仔细选购适合您的正确层堆栈材料。 半固态片与内芯板的受控阻抗 内芯板是厚的刚性玻璃纤维层，通常布置在层数较少的电路板中央。据我所知，使用“内芯板”一词会使一些新手设计师从字面上理解这一术语，即任何设计都必须在电路板的中央布置一个内芯板，然后围绕该内芯板构建其他层。后来我才知道，这并不是一个严格的要求，尤其是在层数逐渐增加的情况下。实际上，内芯板和半固态片层可以交替存在，而且中间层并不总是内芯板层。重要的一点是，无论内芯板层布置在何处，层堆栈都是对称的。 半固态片并未完全固化，因此充当了内芯板层之间的胶水。在最近的 1.57 毫米标准厚度板的项目中, 我们在外层使用了Rogers内芯板，在内层使用了FR4半固态片/内芯板。这种混合多层板很常见（即FR4上的PTFE层压板）。成本是一个考虑因素，因为不同的材料会带来不同的成本，因此，搭载高速/高频信号的层通常选用低损耗层压板。 通常情况下，由于内芯板材料已经与铜结合，就介电常数和厚度而言，内芯板层比半固态片具有更高的可再现性。相比之下，半固态片制造商只能指定原材料的介电常数范围；它们未指定组装后的介电常数，而这一介电常数将确定互联器上的信号所见的有效介电常数。一些特殊的低损耗半固态片层压板的介电常数变化可能非常大（超过50％）。 单层还是双层内芯板？ 某些玻璃编织样式不同的内芯板材料的介电常数存在显著差异，这也取决于特定的内芯板材是单层还是双层构造。106和106/1080内芯板就是完美的例子。这些材料的介电常数大约相差10％，如果采用现有设计并在单层和双层内芯板之间进行交换，则需要调整走线宽度。 除了层数之外，具有相同 编织样式和孔隙率 的半固态片和内芯板将具有不同的介电常数，并且不同的层压板厚度也要求使用不同的玻璃编织样式。这就是为什么通常根据所需的Dk范围对材料进行分类的原因，许多制造商只会简单地指出可用于产品图纸中的内芯板和半固态片的厚度、编织样式以及层数。这些材料的树脂含量和厚度的变化将产生不同的介电常数。 如何与制造商合作 通过设计叠层使层具有标准化厚度可能是 DFM中人们讨论最少的一个方面，但这也有可能是最重要的一个方面。您的EDA工具可能会让您输入您所需的任意层厚度值。在传达半固态片层阻抗控制要求时，通常会指定走线宽度和铜的重量（可以轻松转换为走线厚度）、所需的阻抗值以及所需的介电常数和层压板厚度。 如果您已经围绕制造商提供的标准化材料设计了电路板，则您无需再进行其他修改。如若不然，您的制造商将需要根据您的具体要求选择最接近的半固态片厚度。但是，请记住，并非所有制造商都会遵循材料数据表上列出的厚度值来规划自己的压出厚度。 电介质可重复性和内芯板层的标准化程度越高，意味着受控阻抗设计的可预测性越高（即，整个板上的介电常数变化较小）。对于对称带状线，也可以使用厚度相同的内芯板和半固态片。无论您如何布置半固态片和内芯板，都应对称地布置层堆栈，以防止在制造过程中，板在经历冲压和冷却操作后发生变形。混合不同材料也是一种常见的做法，例如 将高速层压板与FR4内芯板混合。但是，并非所有材料都应该（或可以）组合，具体应取决于树脂的类型和每种材料的热膨胀系数（CTE）。最好的电路板将使用CTE与铜CTE值尽量匹配的内芯板和半固态片。 阅读文章
高功率设计的PCB迹线宽度与电流的关系表 高功率设计的PCB走线宽度与电流的关系表 1 min Blog PCB设计 Electrical Engineers PCB设计 PCB设计 Electrical Engineers Electrical Engineers 铜是一种具有高熔点的强导体，但您仍应尽力保持低温。在这里，您需要正确调整电源导轨宽度，使温度保持在一定限值内。不过，这时您需要考虑在给定走线中流动的电流。使用电源轨、高压元件和电路板的其他对热敏感的部分时，您可以使用PCB走线宽度与电流表来确定您需要在布局中使用的电源走线宽度。 另一种选择是使用基于IPC-2152或IPC-2221标准的计算器。有必要学会如何阅读IPC标准中的等效走线宽度与电流图表，因为PCB走线宽度与电流表并不总是全面的。我们将在本文中回顾您需要的资源。 在高电流设计中保持低温 在PCB设计和布线方面经常出现的一个难题是，确定在给定电流值的情况下将设备的温度保持在一定限度内所需的推荐电源线宽度，或相反。典型的操作目标是将电路板中的导体温升保持在10-20°C以内。高电流设计的目标是确定走线宽度和铜重量的大小，以便将温升保持在所需工作电流的某个限制范围内。 IPC制定了与适当方法相关的标准，以针对特定输入电流测试和计算PCB走线的温升。这些标准是IPC-2221和IPC-2152，包含有关这些主题的大量信息。显然，这些标准非常广泛，大多数设计人员没有时间解析所有数据以确定走线宽度与电流表的关系。值得庆幸的是，我们整理了一些资源来帮助您将电流与温升联系起来： 走线宽度与电流表 （参见下文） 用于跟踪温度上升的 IPC-2221计算器 用于跟踪温度上升的 IPC-2152计算器 下面的视频概述了相关的IPC标准，并解释了它们在预测能力和适用性方面的差异。该视频还提供了一些用于计算电流限制或给定输入电流的预期走线温度升高的资源。 PCB走线宽度与电流表 IPC 2152标准是确定走线和过孔大小时的起点。这些标准中指定的公式可直接用于计算给定温升的电流限制，但它们并未考虑受控阻抗布线。也就是说，在确定PCB走线宽度/横截面积时，使用PCB走线宽度与电流表对比是一个很好的起点。这使您可以有效地确定走线中允许电流的上限，然后您可以使用它来调整走线大小以进行受控阻抗布线。 当电路板在大电流下运行，温升达到非常大的值时，基板的电气性能会在高温下表现出相应的变化。基板的电气和机械性能会随温度变化，如果长时间在高温下运行，电路板会变色和变弱。这就是我认识的设计师会调整走线尺寸以使温升保持在10°C以内的原因之一。这样做的另一个原因是为了适应广泛的环境温度范围，而不是考虑特定的工作温度。 下面的PCB电源走线宽度与电流表显示了一些走线宽度和相应的电流值，它们将在1 oz./sq. ft.铜重量时将温度上升限制在10°C。这应该可以让您大致了解如何调整PCB中的走线尺寸。 电流（A） 阅读文章