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電路板設(shè)計(jì)范文第1篇

1、SI問題的提出

隨著IC輸出開關(guān)速度的提高，不管信號周期如何，幾乎所有設(shè)計(jì)都遇到了信號完整性問題。即使過去你沒有遇到SI問題，但是隨著電路工作頻率的提高，今后一定會遇到信號完整性問題。

信號完整性問題主要指信號的過沖和阻尼振蕩現(xiàn)象，它們主要是IC驅(qū)動幅度和跳變時間的函數(shù)。也就是說，即使布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有變化，只要芯片速度變得足夠快，現(xiàn)有設(shè)計(jì)也將處于臨界狀態(tài)或者停止工作。我們用兩個實(shí)例來說明信號完整性設(shè)計(jì)是不可避免的。

實(shí)例之一︰在通信領(lǐng)域，前沿的電信公司正為語音和數(shù)據(jù)交換生產(chǎn)高速電路板(高于500MHz)，此時成本并不特別重要，因而可以盡量采用多層板。這樣的電路板可以實(shí)現(xiàn)充分接地并容易構(gòu)成電源回路，也可以根據(jù)需要采用大量離散的端接器件，但是設(shè)計(jì)必須正確，不能處于臨界狀態(tài)。

SI和EMC專家在布線之前要進(jìn)行仿真和計(jì)算，然后，電路板設(shè)計(jì)就可以遵循一系列非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則，在有疑問的地方，可以增加端接器件，從而獲得盡可能多的SI安全裕量。電路板實(shí)際工作過程中，總會出現(xiàn)一些問題，為此，通過采用可控阻抗端接線，可以避免出現(xiàn)SI問題。簡而言之，超標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可以解決SI問題。

實(shí)例之二︰從成本上考慮，電路板通常限制在四層以內(nèi)(里面兩層分別是電源層和接地層)。這極大限制了阻抗控制的作用。此外，布線層少將加劇串?dāng)_，同時信號線間距還必須最小以布放更多的印制線。另一方面，設(shè)計(jì)工程師必須采用最新和最好的CPU、內(nèi)存和視頻總線設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)就必須考慮SI問題。

關(guān)于布線、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和端接方式，工程師通常可以從CPU制造商那里獲得大量建議，然而，這些設(shè)計(jì)指南還有必要與制造過程結(jié)合起來。在很大程度上，電路板設(shè)計(jì)師的工作比電信設(shè)計(jì)師的工作要困難，因?yàn)樵黾幼杩箍刂坪投私悠骷目臻g很小。此時要充分研究并解決那些不完整的信號，同時確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)期限。

下面介紹設(shè)計(jì)過程通用的SI設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

在設(shè)計(jì)開始之前，必須先行思考并確定設(shè)計(jì)策略，這樣才能指導(dǎo)諸如元器件的選擇、工藝選擇和電路板生產(chǎn)成本控制等工作。就SI而言，要預(yù)先進(jìn)行調(diào)研以形成規(guī)劃或者設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，從而確保設(shè)計(jì)結(jié)果不出現(xiàn)明顯的SI問題、串?dāng)_或者時序問題。有些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以由IC制造商提供，然而，芯片供貨商提供的準(zhǔn)則(或者你自己設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則)存在一定的局限性，按照這樣的準(zhǔn)則可能根本設(shè)計(jì)不了滿足SI要求的電路板。如果設(shè)計(jì)規(guī)則很容易，也就不需要設(shè)計(jì)工程師了。

在實(shí)際布線之前，首先要解決下列問題，在多數(shù)情況下，這些問題會影響你正在設(shè)計(jì)(或者正在考慮設(shè)計(jì))的電路板，如果電路板的數(shù)量很大，這項(xiàng)工作就是有價值的。

3、電路板的層疊

某些項(xiàng)目組對PCB層數(shù)的確定有很大的自，而另外一些項(xiàng)目組卻沒有這種自，因此，了解你所處的位置很重要。與制造和成本分析工程師交流可以確定電路板的層疊誤差，這時還是發(fā)現(xiàn)電路板制造公差的良機(jī)。比如，如果你指定某一層是50Ω阻抗控制，制造商怎樣測量并確保這個數(shù)值呢？

其它的重要問題包括︰預(yù)期的制造公差是多少？在電路板上預(yù)期的絕緣常數(shù)是多少？線寬和間距的允許誤差是多少？接地層和信號層的厚度和間距的允許誤差是多少？所有這些信息可以在預(yù)布線階段使用。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，你就可以選擇層疊了。注意，幾乎每一個插入其它電路板或者背板的PCB都有厚度要求，而且多數(shù)電路板制造商對其可制造的不同類型的層有固定的厚度要求，這將會極大地約束最終層疊的數(shù)目。你可能很想與制造商緊密合作來定義層疊的數(shù)目。應(yīng)該采用阻抗控制工具為不同層生成目標(biāo)阻抗范圍，務(wù)必要考慮到制造商提供的制造允許誤差和鄰近布線的影響。

在信號完整的理想情況下，所有高速節(jié)點(diǎn)應(yīng)該布線在阻抗控制內(nèi)層(例如帶狀線)，但是實(shí)際上，工程師必須經(jīng)常使用外層進(jìn)行所有或者部分高速節(jié)點(diǎn)的布線。要使SI最佳并保持電路板去耦，就應(yīng)該盡可能將接地層/電源層成對布放。如果只能有一對接地層/電源層，你就只有將就了。如果根本就沒有電源層，根據(jù)定義你可能會遇到SI問題。你還可能遇到這樣的情況，即在未定義信號的返回通路之前很難仿真或者仿真電路板的性能。

4、串?dāng)_和阻抗控制

來自鄰近信號線的耦合將導(dǎo)致串?dāng)_并改變信號線的阻抗。相鄰平行信號線的耦合分析可能決定信號線之間或者各類信號線之間的“安全”或預(yù)期間距(或者平行布線長度)。比如，欲將時鐘到數(shù)據(jù)信號節(jié)點(diǎn)的串?dāng)_限制在100mV以內(nèi)，卻要信號走線保持平行，你就可以通過計(jì)算或仿真，找到在任何給定布線層上信號之間的最小允許間距。同時，如果設(shè)計(jì)中包含阻抗重要的節(jié)點(diǎn)(或者是時鐘或者專用高速內(nèi)存架構(gòu))，你就必須將布線放置在一層(或若干層)上以得到想要的阻抗。

5、重要的高速節(jié)點(diǎn)

延遲和時滯是時鐘布線必須考慮的關(guān)鍵因素。因?yàn)闀r序要求嚴(yán)格，這種節(jié)點(diǎn)通常必須采用端接器件才能達(dá)到最佳SI質(zhì)量。要預(yù)先確定這些節(jié)點(diǎn)，同時將調(diào)節(jié)元器件放置和布線所需要的時間加以計(jì)劃，以便調(diào)整信號完整性設(shè)計(jì)的指針。

6、技術(shù)選擇

不同的驅(qū)動技術(shù)適于不同的任務(wù)。信號是點(diǎn)對點(diǎn)的還是一點(diǎn)對多抽頭的？信號是從電路板輸出還是留在相同的電路板上？允許的時滯和噪聲裕量是多少？作為信號完整性設(shè)計(jì)的通用準(zhǔn)則，轉(zhuǎn)換速度越慢，信號完整性越好。50MHz時鐘采用500ps上升時間是沒有理由的。一個2-3ns的擺率控制器件速度要足夠快，才能保證SI的品質(zhì)，并有助于解決象輸出同步交換(SSO)和電磁兼容(EMC)等問題。

在新型FPGA可編程技術(shù)或者用戶定義ASIC中，可以找到驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)越性。采用這些定制(或者半定制)器件，你就有很大的余地選定驅(qū)動幅度和速度。設(shè)計(jì)初期，要滿足FPGA(或ASIC)設(shè)計(jì)時間的要求并確定恰當(dāng)?shù)妮敵鲞x擇，如果可能的話，還要包括引腳選擇。

在這個設(shè)計(jì)階段，要從IC供貨商那里獲得合適的仿真模型。為了有效的覆蓋SI仿真，你將需要一個SI仿真程序和相應(yīng)的

仿真模型(可能是IBIS模型)。

最后，在預(yù)布線和布線階段你應(yīng)該建立一系列設(shè)計(jì)指南，它們包括︰目標(biāo)層阻抗、布線間距、傾向采用的器件工藝、重要節(jié)點(diǎn)拓?fù)浜投私右?guī)劃。

7、預(yù)布線階段

預(yù)布線SI規(guī)劃的基本過程是首先定義輸入?yún)?shù)范圍(驅(qū)動幅度、阻抗、跟蹤速度)和可能的拓?fù)浞秶?最小/最大長度、短線長度等)，然后運(yùn)行每一個可能的仿真組合，分析時序和SI仿真結(jié)果，最后找到可以接受的數(shù)值范圍。

接著，將工作范圍解釋為PCB布線的布線約束條件?？梢圆捎貌煌浖ぞ邎?zhí)行這種類型的“清掃”準(zhǔn)備工作，布線程序能夠自動處理這類布線約束條件。對多數(shù)用戶而言，時序信息實(shí)際上比SI結(jié)果更為重要，互連仿真的結(jié)果可以改變布線，從而調(diào)整信號通路的時序。

在其它應(yīng)用中，這個過程可以用來確定與系統(tǒng)時序指針不兼容的引腳或者器件的布局。此時，有可能完全確定需要手工布線的節(jié)點(diǎn)或者不需要端接的節(jié)點(diǎn)。對于可編程器件和ASIC來說，此時還可以調(diào)整輸出驅(qū)動的選擇，以便改進(jìn)SI設(shè)計(jì)或避免采用離散端接器件。

8、布線后SI仿真

一般來說，SI設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)則很難保證實(shí)際布線完成之后不出現(xiàn)SI或時序問題。即使設(shè)計(jì)是在指南的引導(dǎo)下進(jìn)行，除非你能夠持續(xù)自動檢查設(shè)計(jì)，否則，根本無法保證設(shè)計(jì)完全遵守準(zhǔn)則，因而難免出現(xiàn)問題。布線后SI仿真檢查將允許有計(jì)劃地打破(或者改變)設(shè)計(jì)規(guī)則，但是這只是出于成本考慮或者嚴(yán)格的布線要求下所做的必要工作。

現(xiàn)在，采用SI仿真引擎，完全可以仿真高速數(shù)字PCB(甚至是多板系統(tǒng))，自動屏蔽SI問題并生成精確的“引腳到引腳”延遲參數(shù)。只要輸入信號足夠好，仿真結(jié)果也會一樣好。這使得器件模型和電路板制造參數(shù)的精確性成為決定仿真結(jié)果的關(guān)鍵因素。很多設(shè)計(jì)工程師將仿真“最小”和“最大”的設(shè)計(jì)角落，再采用相關(guān)的信息來解決問題并調(diào)整生產(chǎn)率。

9、后制造階段

采取上述措施可以確保電路板的SI設(shè)計(jì)品質(zhì)，在電路板裝配完成之后，仍然有必要將電路板放在測試平臺上，利用示波器或者TDR(時域反射計(jì))測量，將真實(shí)電路板和仿真預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較。這些測量數(shù)據(jù)可以幫助你改進(jìn)模型和制造參數(shù)，以便你在下一次預(yù)設(shè)計(jì)調(diào)研工作中做出更佳的(更少的約束條件)決策。

10、模型的選擇

關(guān)于模型選擇的文章很多，進(jìn)行靜態(tài)時序驗(yàn)證的工程師們可能已經(jīng)注意到，盡管從器件數(shù)據(jù)表可以獲得所有的數(shù)據(jù)，要建立一個模型仍然很困難。SI仿真模型正好相反，模型的建立容易，但是模型數(shù)據(jù)卻很難獲得。本質(zhì)上，SI模型數(shù)據(jù)唯一的可靠來源是IC供貨商，他們必須與設(shè)計(jì)工程師保持默契的配合。IBIS模型標(biāo)準(zhǔn)提供了一致的數(shù)據(jù)載體，但是IBIS模型的建立及其品質(zhì)的保證卻成本高昂，IC供貨商對此投資仍然需要市場需求的推動作用，而電路板制造商可能是唯一的需方市場。

11、未來技術(shù)的趨勢

設(shè)想系統(tǒng)中所有輸出都可以調(diào)整以匹配布線阻抗或者接收電路的負(fù)載，這樣的系統(tǒng)測試方便，SI問題可以通過編程解決，或者按照IC特定的工藝分布來調(diào)整電路板使SI達(dá)到要求，這樣就能使設(shè)計(jì)容差更大或者使硬件配置的范圍更寬。

電路板設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：低頻電路板；PXI總線；自動測試

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2017.16.097

0 引言

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，利用高精度技術(shù)的電路板發(fā)展迅速，不可避免的對電路板的測試要求就更高。以往傳統(tǒng)通過測試人員手動操作各種電路探針進(jìn)行電路板測試的方法，開發(fā)周期長、效率低、易出錯。不難看出，PXI總線虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢明顯，它的性能和效率高，擴(kuò)展性強(qiáng)，還有無縫集成的特點(diǎn)，事實(shí)上，如果將此技術(shù)應(yīng)用到測試系統(tǒng)中，產(chǎn)品的成本將會大大降低，其開發(fā)速度也將顯著提高，并且能提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性及可靠性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)對被測電路板首先進(jìn)行靜態(tài)電阻測試，測試全部合格后，按照程序設(shè)定的時序通過控制矩陣開關(guān)切換被測電路板，對電路板按照設(shè)定的加電順序進(jìn)行加電，然后通過控制電路輸出對電路板施加激勵信號，同時通過工控機(jī)、信號調(diào)理單元、信號接口、數(shù)據(jù)采集板卡、調(diào)理、采集、分析、整理、存儲、顯示電路板的各種測試參數(shù)信號和曲線，測試結(jié)束后按照順序斷掉電源。測試系統(tǒng)組成框圖見圖1所示。

低頻電路板測試系統(tǒng)主要由測控單元、信號調(diào)理單元、電源單元、探針夾具組成。測控單元采用基于PXI總線的機(jī)箱、控制器及模塊化測試儀器，充分發(fā)揮了PXI總線的優(yōu)勢，為準(zhǔn)確、快速的單板性能測試提供硬件保障。信號調(diào)理單元由信號調(diào)理板、開關(guān)板組成。電源單元由2臺程控電源組成。探針夾具是電路板的測試接口，能夠?qū)﹄娐钒宓膯伟鍫顟B(tài)進(jìn)行裝夾。

對于測試軟件的開發(fā)，一般會選擇NI公司的LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境，以虛擬儀器為背景，利用軟件編程，對硬件進(jìn)行資源分配和利用，最大程度的發(fā)揮硬件設(shè)備的功效，是系統(tǒng)得到擴(kuò)展，其可重用性和通用性更強(qiáng)。簡單來說，測試系統(tǒng)軟件內(nèi)容設(shè)計(jì)豐富，而在操作時也直觀明了。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)采用以PXI嵌入式控制器為核心的PXI總線測試平臺，由數(shù)字萬用表卡、示波器卡、I/O卡、信號調(diào)理板、開關(guān)板、程控電源、探針夾具組成。

PXI嵌入式控制器選用NI公司的PXI-8840高性能控制器；數(shù)字萬用表卡選用NI公司PXI-4065數(shù)字萬用表模塊，用于電壓、電流和電阻等測試；示波器卡選用NI公司PXI-5114示波器卡，用于電路板信號測量；I/O卡選用NI公司PXI-6509，用于系統(tǒng)的開關(guān)切換控制、電路板測試的激勵信號；開關(guān)板主要用于信號切換和電源切換；程控電源選用Agilent公司雙通道可編程直流電源E3646A 2臺，提供電路板測試所需的+5V、+3.3V、-5V、-9V直流電壓；探針夾具通過探針精確接觸電路板上轉(zhuǎn)接板的鍵合點(diǎn)或電路板上焊盤，測試鍵合點(diǎn)和焊盤上信號。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

件是整個測試系統(tǒng)的核心，所有測試的功能和目的都是通過軟件來完成的。系統(tǒng)測試軟件采用NI公司LabWindows/CVI進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)低頻電路板的測試需求，系統(tǒng)測試軟件包括自檢模塊、自動測試模塊和調(diào)試測試模塊。自檢模塊在程序啟動時對電源狀態(tài)、板卡初始化狀態(tài)進(jìn)行快速自檢，然后進(jìn)入功能自檢，完成各板卡的功能完整性檢查。自動測試模塊根據(jù)測試人員在人機(jī)交互界面中選擇的電路板具體型號，載入相應(yīng)測試配置文件，自動完成電路板測試工作，可用于批量生產(chǎn)的出廠測試。調(diào)試測試模塊用于對電路板進(jìn)行單項(xiàng)測試，確定故障位置，可用于電路板故障定位。系統(tǒng)測試軟件的流程如圖3所示。

22910801009015測試軟件主界面如圖4所示。導(dǎo)通性測試用于測試電路板+5V、+3.3V、-5V、-9V等接線端子的導(dǎo)通性，電壓測試完成電路板正壓線性穩(wěn)壓器的輸出電壓和負(fù)壓線性穩(wěn)壓器的輸出電壓測試，譯碼器輸出測試用于電路板三選八譯碼器的輸出測試。

電路板設(shè)計(jì)范文第3篇

課程設(shè)計(jì)的實(shí)施是課程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是一門課程成功開設(shè)的關(guān)鍵。課程設(shè)計(jì)的實(shí)施包括項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)程、項(xiàng)目的實(shí)施過程及考核形式。

1.1課程項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)程

前3個來自生活中的項(xiàng)目比較小，所用課時較少，是為了讓學(xué)生初步了解所使用的軟件及PCB繪圖的步驟。后幾個項(xiàng)目針對不同的電路類型進(jìn)行訓(xùn)練，最后使用綜合項(xiàng)目進(jìn)行綜合能力的訓(xùn)練。項(xiàng)目的安排從電路類型來說屬于并列關(guān)系，而從知識和能力方面來說屬于遞進(jìn)關(guān)系。在課程的具體實(shí)施過程中要注重與企業(yè)的聯(lián)合。校內(nèi)企業(yè)河北方圓測控技術(shù)有限公司是這門課程開展的保障。一方面，學(xué)生深入企業(yè)，了解崗位標(biāo)準(zhǔn)，找準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，從而對PCB繪圖崗位有一定的感性認(rèn)識；另一方面，邀請企業(yè)技術(shù)人員走入課堂進(jìn)行指導(dǎo)、座談并參與學(xué)生的成績考核?！靶Ｆ蠛献鞴步ā笔菍W(xué)院正在進(jìn)行的工作，也是學(xué)院的教學(xué)改革目標(biāo)。

1.2課程項(xiàng)目的實(shí)施過程

（1）本課程中的項(xiàng)目實(shí)施過程大體相同，都包括以下4個步驟。

①電路分析。各項(xiàng)目的電路圖由教師提供給學(xué)生，經(jīng)過學(xué)生的分組討論與教師的指點(diǎn)，學(xué)生對本項(xiàng)目的電路功能及所用元器件有了大致的了解，為后面電路原理圖的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

②原理圖設(shè)計(jì)。電路原理圖設(shè)計(jì)是比較關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。只有設(shè)計(jì)出正確的原理圖才能保證轉(zhuǎn)換成正確的PCB圖。

③PCB圖設(shè)計(jì)。電路PCB圖的設(shè)計(jì)是整個項(xiàng)目最重要的環(huán)節(jié)，是對學(xué)生PCB設(shè)計(jì)綜合知識和技能的考驗(yàn)。只有在熟練使用Protel軟件的基礎(chǔ)上，在掌握PCB設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況才能設(shè)計(jì)出合格的電路PCB圖。

④項(xiàng)目總結(jié)。項(xiàng)目總結(jié)環(huán)節(jié)有助于技能的提高。一方面，學(xué)生可通過總結(jié)找出差距與不足，從而進(jìn)行修改與提高；另一方面，教師要對學(xué)生的工作給予肯定，提高學(xué)生的自信心與學(xué)習(xí)積極性。

（2）課程項(xiàng)目實(shí)施過程主要有以下幾個特點(diǎn)。

①充分體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化。課程項(xiàng)目的實(shí)施是在EDA實(shí)訓(xùn)室完成的，完全模擬了企業(yè)的工作環(huán)境。課堂教學(xué)以項(xiàng)目為載體，由學(xué)生分組完成。學(xué)生首先要明確“做什么”這個問題，也就是由教師介紹本項(xiàng)目的來源、產(chǎn)品的功能并向?qū)W生展示產(chǎn)品的實(shí)物，以激發(fā)學(xué)生的興趣。然后明確“怎么做”這個問題。每個項(xiàng)目中都有新的知識和技能，這部分內(nèi)容主要由教師演示，接下來由學(xué)生分組完成整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。給學(xué)生充足的時間去完成，充分的空間去思考，教師只起監(jiān)督、指導(dǎo)、幫助學(xué)生解決問題的作用，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的地位。讓學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，讓教師在學(xué)中教，做中教，充分體現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式。

②現(xiàn)代教學(xué)媒體的使用。現(xiàn)代教學(xué)媒體的使用大大提高了教學(xué)的效率。教師的演示過程利用現(xiàn)代廣播教學(xué)軟件在EDA實(shí)訓(xùn)室完成，這樣就能實(shí)現(xiàn)教和做的完美切換。在項(xiàng)目完成之后，各學(xué)習(xí)小組同樣可以通過此軟件向大家展示自己的作品。另外，教師還可以通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生發(fā)放項(xiàng)目的電路圖及企業(yè)設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品PCB圖以供學(xué)生參考。

1.3課程的考核形式

本課程一改傳統(tǒng)的考核形式，主要采用了項(xiàng)目積分制的考核形式。每個課程項(xiàng)目有相對應(yīng)的分?jǐn)?shù)，項(xiàng)目完成之后即可評分，其中有兩個項(xiàng)目由企業(yè)的PCB繪圖員評分，其他項(xiàng)目由教師和學(xué)生共同評分，包括學(xué)生小組之間的互評和教師的評分，各項(xiàng)目累加和即本課程成績。采用這種多元化的考核形式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和競爭的意識，也真正考查了學(xué)生的知識和技能的掌握情況。

2課程設(shè)計(jì)的成果

電路板設(shè)計(jì)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】主變溫度表;電接點(diǎn);動作信號回路電路板

一、研究背景

主變溫度表包括油溫表和繞組溫度表，分別用于檢測主變的油面溫度和繞組溫度，是變電站主變溫控系統(tǒng)的核心組成部分，溫度表的精確度決定了主變溫控系統(tǒng)的有效性，對確保主變安全、穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。目前，江門地區(qū)110kV 及以上變電站共146座， 掛網(wǎng)運(yùn)行的主變壓器共295臺。每年需要校驗(yàn)的溫度表平均為50只左右。

主變溫度表的試驗(yàn)室校驗(yàn)工作包括以下六個項(xiàng)目：

（1）外觀檢查;

（2）示值誤差檢驗(yàn)、指針移動平穩(wěn)性檢查、回程誤差檢查;

（3）變送器測量誤差檢驗(yàn)（可選）;

（4）電接點(diǎn)設(shè)定誤差和切換差檢驗(yàn);

（5）絕緣電阻的檢驗(yàn)（可選）;

（6）繞組溫度表溫升試驗(yàn)。

校驗(yàn)的項(xiàng)目繁多，校驗(yàn)效率受設(shè)備的性能制約，時間比較漫長，而且目前的校驗(yàn)方法有很多可以改進(jìn)的地方。諸如以下兩個方面：

（1）由于各個不同廠家的溫度表，其裝掛的機(jī)構(gòu)不同，所以，最初制作掛板的時候只使用單股線來掛表。這種方法比較落后，操作繁瑣耗時長，且每次只能掛2個溫度表，嚴(yán)重影響了校驗(yàn)的效率。

（2）在以往的校驗(yàn)工作中，電接點(diǎn)動作檢查的試驗(yàn)方法比較粗放，主要靠試驗(yàn)人員使用萬用表手動測量溫度表各個電接點(diǎn)是否導(dǎo)通或斷開，來判斷電接點(diǎn)是否動作，然后再進(jìn)行讀數(shù)，這樣就受制于人員的主觀判斷的準(zhǔn)確性，在同時校驗(yàn)多個溫度表時，會造成校驗(yàn)人員無法第一時間對所有溫度表進(jìn)行判斷并讀數(shù)，這樣就大大降低了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。另外，試驗(yàn)過程中還可能出現(xiàn)電接點(diǎn)已經(jīng)動作，試驗(yàn)人員沒有及時進(jìn)行判斷和讀數(shù)的情況，需要將恒溫槽進(jìn)行降溫重來一遍，造成重復(fù)的操作。以上情況不僅影響了試驗(yàn)準(zhǔn)確性，也大大降低了校驗(yàn)效率。

因此，我們提出了通過改善溫度表校驗(yàn)方法來縮短校驗(yàn)時間的課題。經(jīng)過案例總結(jié)、數(shù)據(jù)分析和專業(yè)技術(shù)討論，確定了我們本次技術(shù)創(chuàng)新的兩個目標(biāo)成果，即設(shè)計(jì)制作不銹鋼試驗(yàn)支架及簡易掛環(huán)和設(shè)計(jì)制作“接點(diǎn)動作信號回路”電路板。

二、變壓器熱效應(yīng)對電氣設(shè)備的影響

變壓器熱效應(yīng)對變壓器的影響對于油浸式變壓器，其壽命實(shí)際主要是固體絕緣（纖維紙）的壽命。促使絕緣老化的主要因素是溫度，水分和氧氣，其中在變壓器帶負(fù)載時，熱效應(yīng)的作用最為突出，可以說熱效應(yīng)是變壓器老化的決定性因素，也就是說變壓器繞組絕緣的熱老化速度與繞組的熱點(diǎn)溫度有關(guān)。按GB1094電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的油浸式電力變壓器，GB/T15164D94《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》規(guī)定其熱點(diǎn)溫度基準(zhǔn)值是98℃，即在此溫度下絕緣的相對老化率為1，變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)行時具有預(yù)期的正常壽命。繞組熱點(diǎn)溫度低于98℃時，溫度每降低6K，老化系數(shù)降低一半，變壓器的壽命將增加一倍;繞組的熱點(diǎn)溫度如高于98℃，則溫度每增加6K，老化系數(shù)增加一倍，變壓器的壽命降低一半（所謂的6K法則）。但熱點(diǎn)溫度不能超過140℃，否則變壓器油將會發(fā)生裂解。所以適當(dāng)降低繞組的運(yùn)行溫度和控制繞組最熱點(diǎn)溫度不超過允許溫度，對延長繞組絕緣物的使用壽命極為重要。

三、應(yīng)用領(lǐng)域與技術(shù)原理分析

1.制作不銹鋼試驗(yàn)支架及簡易掛環(huán)。

原來的掛板只掛2個溫度表，并且掛接過程繁瑣，不易操作。所以我們考慮用不銹鋼板制作掛板，將試驗(yàn)支架的掛表容量設(shè)計(jì)為6個，以滿足實(shí)際工作需求。我們還為試驗(yàn)支架安裝了滑輪，方便日常的使用。另外，我們設(shè)計(jì)制作的簡易掛環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單輕便，可以適用于所有不同廠家的溫度表，且操作方便，很好地解決了這個讓校驗(yàn)人員頭痛的問題。在承重方面，試驗(yàn)支架和掛環(huán)都能夠很好地適應(yīng)實(shí)際。

2.制作“電接點(diǎn)動作信號回路”電路板。

溫度表電接點(diǎn)動作的基本原理：利用溫度變化時帶動觸點(diǎn)變化，當(dāng)溫度達(dá)到或超過設(shè)定值時，當(dāng)其與上下限觸點(diǎn)接觸或斷開的同時，使電路中的繼電器動作，常開接點(diǎn)閉合發(fā)出動作信號。當(dāng)溫度下降到設(shè)定值一下時，則使常開接點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合，發(fā)出復(fù)歸信號。一般的主變溫度表都具有4個電接點(diǎn)。

我們設(shè)計(jì)制作的信號電路板的基本結(jié)構(gòu)原理如下：

（1）具有一個電源模塊，為信號回路提供一個5V的直流工作電源;

（2）設(shè)置一個蜂鳴器，提供電接點(diǎn)動作的聽覺信號;

（3）分出4個回路，每個回路設(shè)置一個三腳觸頭，分別串入溫度表的四個電接點(diǎn)回路中;

（4）每個回路分別設(shè)置1個LED顯示燈，提供一個視覺信號，幫助試驗(yàn)人員及時判斷是哪一個電接點(diǎn)動作，以使得校驗(yàn)人員能夠第一時間記錄電接點(diǎn)動作的溫度值，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度;

（5）每個回路都設(shè)置一個雙路切換開關(guān)，在溫度表電接點(diǎn)動作后（即常開接點(diǎn)導(dǎo)通），試驗(yàn)人員可以把切換開關(guān)切換到復(fù)歸接點(diǎn)（常閉節(jié)點(diǎn)）。這既可以切斷動作信號，也為溫度表降溫過程中，檢查信號復(fù)歸功能做好準(zhǔn)備。

運(yùn)用這個“接點(diǎn)動作信號電路板”，電接點(diǎn)動作試驗(yàn)從最麻煩的項(xiàng)目，變成一個最輕松的項(xiàng)目。校驗(yàn)人員不需要用到萬用表，就能第一時間判斷接點(diǎn)是否動作，并及時讀數(shù)。

四、推廣效益分析及與同類技術(shù)產(chǎn)品的比較

本文的方案可大大改善主變溫度表試驗(yàn)室校驗(yàn)方法，一方面，平均每個溫度表的校驗(yàn)時間減少了27.5分鐘，解決了電接點(diǎn)動作試驗(yàn)這個瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了一個校驗(yàn)人員同時校驗(yàn)多個溫度表的突破，節(jié)省了班組的人力資源，提高了工作效率;另一方面，杜絕了由于校驗(yàn)人員的主觀判斷失誤造成讀數(shù)誤差大，提高了校驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

目前，主變溫度表校驗(yàn)裝置為組裝設(shè)備，沒有完整的一套裝置;本項(xiàng)目制作電接點(diǎn)動作信號回路電路板和改進(jìn)試驗(yàn)支架，溫度表的裝卸和電接點(diǎn)動作檢查的效率將提高65%以上，更重要的是，電路板的應(yīng)用，大大降低了校驗(yàn)人員出錯的幾率，杜絕了因?yàn)橹饔^失誤引起的重復(fù)操作，值得廣泛推廣使用。

本文的方案是一項(xiàng)創(chuàng)新型的課題，所采用的信號回路電路板以及試驗(yàn)支架掛環(huán)都是低成本的制作，且完全從校驗(yàn)工作的實(shí)際出發(fā)，應(yīng)用到實(shí)際的校驗(yàn)工作中去，起到了立竿見影的作用。

五、設(shè)計(jì)方案仍存在問題與改進(jìn)

溫度表及變送器的接線比較繁瑣，沒有專用的試驗(yàn)線，使用通用的試驗(yàn)線接線時，需要用到粗制的短線和線夾，造成接線時間冗長，效率低下;對此，我們制作了溫度表校驗(yàn)專用的試驗(yàn)線，根據(jù)校驗(yàn)工作實(shí)際情況，制作了長度合適，接頭適用的試驗(yàn)線，大大方便了溫度表與變送器的接線。同時，我們可以在自制的試驗(yàn)線上打印標(biāo)簽，杜絕了接錯線的情況出現(xiàn)。另外我們計(jì)劃對自己制作的電路板增加一個電源模塊代替電池供電，更加節(jié)能環(huán)保。

六、結(jié)束語

綜上所述，主變溫度表電接點(diǎn)動作信號回路電路板設(shè)計(jì)及應(yīng)用可直觀地監(jiān)視電氣設(shè)備的運(yùn)行工況，尤其對于電氣設(shè)備的異常運(yùn)行狀況作預(yù)警工作，這樣一來就可以實(shí)現(xiàn)為電氣設(shè)備提供更為有效的安全保障。

參考文獻(xiàn)

[1]王鳳，宋強(qiáng).減少主變溫度計(jì)故障次數(shù)探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011（22）.

電路板設(shè)計(jì)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】電子設(shè)備；電路板；清洗；技術(shù)

電路板在焊接以后，其表面或多或少會留有各種殘留污物。為防止由于腐蝕而引起的電路失效，應(yīng)該通過清洗去除殘留污物。

1.清洗技術(shù)的作用與分類

1.1清洗技術(shù)的主要作用

清洗實(shí)際上就是要去除元器件組裝后殘留的各種污染物。組裝焊接后清洗的主要作用如下。

防止電氣缺陷的產(chǎn)生。最突出的電氣缺陷就是漏電，造成這種缺陷的主要原因是印制電路板上存在離子污染物、有機(jī)殘料和其他黏附物。

清除腐蝕物的危害。腐燭會損壞電路，造成器件脆化，另外腐蝕物本身在潮濕的環(huán)境中能導(dǎo)電，會引起電路短路故障。

使SMT外觀清晰。清洗后電路板的外觀清晰，能使熱損傷、層裂等一些缺陷顯露出來，以便于進(jìn)行檢測和排除故障。

1.2清洗技術(shù)方法分類

根據(jù)清洗介質(zhì)的不同，清洗技術(shù)分為溶劑清洗和水清洗技術(shù)兩大類，根據(jù)清洗工藝和設(shè)備不同又可分為批量式（間隙式）清洗和連續(xù)式清洗兩種類型，根據(jù)清洗方法不同還可以分I為高壓噴洗清洗、超聲波清洗等幾種形式。對應(yīng)于不同的清洗方法和技術(shù)有不同的清洗設(shè)備，可根據(jù)應(yīng)用和產(chǎn)量的要求選擇相應(yīng)的清洗工藝技術(shù)和設(shè)備。

2.清洗技術(shù)

2.1批量式溶劑清洗技術(shù)

溶劑型清洗設(shè)備按使用的場合不同，可分為連續(xù)式清洗器和批量式清洗器，這兩類清洗設(shè)備的清洗原理是相同的，都采用冷凝一蒸發(fā)的原理清除殘留污物。主要步驟是：將溶劑加熱使其產(chǎn)生蒸氣，將較冷的被清洗電路板置于溶劑蒸氣中，溶劑蒸氣冷凝在電路板上，溶解殘留污物，然后，將被溶解的殘留污物蒸發(fā)掉，被清洗電路板冷卻后再置于溶劑蒸氣中。循環(huán)上述過程數(shù)次，直到把殘留污物完全清除。

批量式溶劑清洗技術(shù)的清洗系統(tǒng)有多種類型，最基本的有4種：環(huán)形批量式系統(tǒng)、偏置批量式系統(tǒng)、雙槽批量式系統(tǒng)和三槽批量式系統(tǒng)。如雙槽批量式系統(tǒng)溶劑清洗系統(tǒng)都采用溶劑蒸氣清洗技術(shù)，所以也稱為蒸氣脫脂機(jī)。它們都設(shè)置了溶劑蒸餾部分，并按下述工序完成蒸餾周期：采用電浸沒式加熱器使煮沸槽產(chǎn)生溶劑蒸氣；溶劑蒸氣上升到主冷凝蛇形管處，冷凝成液體；蒸餾的溶劑通過管道流進(jìn)溶劑水分離器，去除水分；去除水分的蒸餾溶劑通過管道流入蒸餾儲存器，從該儲存器用泵送至噴槍進(jìn)行噴淋；流通管道和擋墻使溶劑流回到煮沸槽，以便再煮沸。

煮沸槽中應(yīng)容納足量的溶劑，以促進(jìn)均勾迅速地蒸發(fā)，維持飽和蒸氣區(qū)，還應(yīng)注意從煮沸槽中清除清洗后的剩余物。在煮沸槽中設(shè)置有清洗工作臺，以支撐清洗負(fù)載。要使污染的溶劑在工作臺水平架下面始終保持安全水平，以便使裝清洗負(fù)載的筐子上升和下降時，不會將污染的溶劑帶進(jìn)另一溶劑槽中。溶劑罐中要充滿溶劑并維持在一定水平，以使溶劑總是能流進(jìn)入煮沸槽中。當(dāng)設(shè)備啟動之后，應(yīng)有充足的時間形成飽和蒸氣區(qū)，并進(jìn)行檢查，確信冷凝蛇形管達(dá)到操作手冊中規(guī)定的冷卻溫度，然后再開始清洗操作。根據(jù)使用量，周期性地用新鮮溶劑更換煮沸槽中的溶劑。

2.2連續(xù)式溶劑清洗技術(shù)

連續(xù)式清洗器用于大批量生產(chǎn)的場合，它的操作是全自動的。連續(xù)式清洗器可以加入高壓傾斜噴射和扇形噴射的機(jī)械去污方法，特別適用于表面安裝電路板的清洗。

連續(xù)式清洗器一般由一個很長的蒸氣室組成，內(nèi)部又分成幾個小蒸氣室，以適應(yīng)溶劑的階式布置、溶劑煮沸、噴淋和溶劑儲存，有時還把電路板浸沒在煮沸的溶劑中。通常，把組件放在連續(xù)式傳送帶上，根據(jù)電路板的類型，以不同的速度運(yùn)行，水平通過蒸氣室。溶劑蒸餾和凝聚周期都在機(jī)內(nèi)進(jìn)行，清洗程序、清洗原理與批量式清洗類似，只是清洗程序是在連續(xù)式的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的。連續(xù)式溶劑清洗技術(shù)適用范圍廣泛，對量小或量大的電路板清洗都適用，其清洗效率高。

2.3水清洗工藝技術(shù)

水是一種成本較低且對多種殘留污物都有一定清洗效果的溶劑，特別是在目前環(huán)保要求越來越高的情況下，使用水清洗具有更加重要的意義。水對大多數(shù)顆粒性、非極性和極性殘留污物都有較好的清洗效果，但對不溶于水的殘留污物沒有效果，如硅脂、樹脂和纖維玻璃碎片等。在水中加入堿性化學(xué)物質(zhì)，如肥皂或胺等表面活性劑，可以改善清洗效果，除去水中的金屬離子，將水軟化，能夠提高這些添加劑的效果并防止水垢堵塞清洗設(shè)備。因此，清洗設(shè)備中一般使用軟化水。

常用的兩種類型水清洗技術(shù)工藝流程。一種是采用皂化劑的水溶液，在60～70℃的溫度下，皂化劑和松香型助焊劑剩余物反應(yīng)，形成可溶于水的脂肪酸鹽，然后用連續(xù)的水漂洗去除皂化反應(yīng)產(chǎn)物。另一種是不采用皂化劑的水清洗工藝，用于清洗采用非松香型水溶性助焊劑焊接的印制電路板組件；采用這種工藝時，常加入適當(dāng)中和劑，以便更有效地去除可溶于水的助焊劑剩余物和其他污染物。

2.4超聲波清洗

超聲波清洗的基本原理是“空化效應(yīng)”。當(dāng)高于20kHz的高頻超聲波通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩傳入清洗液中時，超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使清洗液流動并產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播成的負(fù)壓區(qū)形成、生長，而在正壓區(qū)迅速閉合（熄滅）。這種微小氣泡的形成、生長及迅速閉合稱為空化現(xiàn)象。在空化現(xiàn)象中，氣泡閉合時形成約1000個大氣壓力的瞬時高壓，就像一連串的小“爆炸”，不斷地轟擊被清洗物表面，并可對被清洗物的細(xì)孔、凹位或其他隱蔽處進(jìn)行轟擊，使被清洗物表面及縫隙中的污染物迅速剝落。

采用超聲波清洗具有以下優(yōu)點(diǎn)：清洗效果全面，清潔度高；清洗速度快，提高了生產(chǎn)率；不損壞被清洗物表面；減少了人手對溶劑的接觸機(jī)會，提高了工作安全性；可以清洗其他方法達(dá)不到的部位，例如，可清洗不便拆開的配件的縫隙處；節(jié)省溶劑、熱能、工作面積、人力等。

2.5免清洗焊接技術(shù)

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，有污染的傳統(tǒng)清洗工藝正逐漸被禁用。這樣，免清洗焊接技術(shù)就成為今后的發(fā)展方向。對于一般電子產(chǎn)品，采用免清洗助焊劑并在制造過程中注意保持生產(chǎn)環(huán)境的清潔，例如工人戴手套操作、焊接時仔細(xì)調(diào)整設(shè)備和材料的工藝參數(shù)，就能夠減除清洗工序，實(shí)現(xiàn)免清洗焊接。

目前有兩種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)免清洗焊接，一種是采用低固體成分的免清洗助焊劑，另一種是在惰性保護(hù)氣體中焊接。實(shí)際上，只有免洗助焊劑和適當(dāng)?shù)拿庀春附庸に嚰霸O(shè)備相結(jié)合，才能完成免清洗焊接，實(shí)現(xiàn)焊后免洗。

目前，大多數(shù)國家采用氮?dú)鈦硇纬啥栊詺怏w氣氛，這是因?yàn)榕c其他氣體相比，氮?dú)饩哂邪踩煽?、來源廣泛及經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體極其合適，主要是它的內(nèi)聚能量高，只有在高溫和高壓下，才會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。使用惰性保護(hù)氣體焊接，電路板上的殘留物可明顯減少，焊點(diǎn)平滑，焊球與橋接現(xiàn)象明顯減少，焊接時潤濕力提高，潤濕時間減少，非潤濕性故障相應(yīng)減少。

參考文獻(xiàn)