在為非功能性或不良性能電路排除故障時(shí)，工程師通常可運(yùn)行仿真或其它分析工具從原理圖層面考量電路。如果這些方法不能解決問題，就算是最優(yōu)秀的工程師可能也會(huì)被難住，感到挫敗或困惑。我也曾經(jīng)經(jīng)歷過這種痛苦。為避免鉆進(jìn)類似的死胡同，我向大家介紹一個(gè)簡單而又非常重要的小技巧：為其保持清潔!
我這么說是什么意思呢?就是說如果PCB 沒有保持適當(dāng)?shù)那鍧崳?PCB 裝配或修改過程中使用的某些材料可導(dǎo)致嚴(yán)重的電路功能性問題。此類現(xiàn)象中最為常見的問題之一就是焊劑。
圖 1
焊劑是一種化學(xué)制劑，用于協(xié)助將組件焊接至 PCB。但令人遺憾的是如果在焊接后不加以清除，焊劑會(huì)劣化 PCB 的表面絕緣電阻，在該過程中會(huì)給電路性能造成嚴(yán)重退化!
圖 2
圖 2 是我用來展示焊劑污染所造成結(jié)果的測試電路。由 2.5V 參考電壓激活的平衡惠斯頓接橋網(wǎng)絡(luò)可仿真高阻抗橋接傳感器。差分橋接傳感器輸出 VIN+ - VIN- 可連接至增益為 101V/V 的 INA333。在理想狀態(tài)下，由于橋接處于平衡狀態(tài)，因而 VIN+ - VIN- = 0V。但焊劑污染會(huì)造成實(shí)際橋接傳感器電壓隨時(shí)間慢慢漂移。
在本次測試中，裝配后我同時(shí)記錄了不同程度清潔之后 VIN- 和 VOUT 一小時(shí)的變動(dòng)情況：
未清潔;
手工清洗，風(fēng)干;
超聲波清洗，風(fēng)干，烘烤。
圖 3
從圖 3 中可以看出，焊劑污染對(duì)橋接傳感器輸出性能有嚴(yán)重的影響。在未清潔或手工清洗的情況下，橋接傳感器電壓從未達(dá)到約 VREF/2 的預(yù)期電壓，即便在一小時(shí)趨穩(wěn)時(shí)間之后。此外，未清潔電路板還表現(xiàn)出大量外部噪聲收集。在使用超聲波浴清洗并完全干燥后，橋接傳感器電壓穩(wěn)如磐石。
圖 4
觀察 INA333 的輸出電壓，我們會(huì)連續(xù)看到不當(dāng)清潔造成的性能退化。
未清潔的電路板出現(xiàn)了 DC 錯(cuò)誤、超長趨穩(wěn)時(shí)間以及嚴(yán)重的外部噪聲收集;
手工清潔的電路板出現(xiàn)了奇怪的極低頻率噪聲。我最終找到了根源 — 是因?yàn)闇y試設(shè)施內(nèi)部的空調(diào)循環(huán)!
和預(yù)想的一樣，正確清潔并烘干的電路板表現(xiàn)優(yōu)異，測試中的任何點(diǎn)都沒有發(fā)生漂移。
總之，焊劑清潔不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的性能降低，特別是在高精度 DC 電路中。對(duì)所有手工裝配或修改過的 PCB，請務(wù)必使用超聲波浴(或類似方式)完成最終清潔。在使用空氣壓縮機(jī)風(fēng)干后，采用稍高溫度烘烤裝配并清洗后的 PCB，可清除任何殘留濕氣。我們一般在 70°C 下烘烤 10 分鐘。
這個(gè)簡單的“保持清潔”技巧應(yīng)該能夠幫助您大幅減少花在排除故障上的時(shí)間，幫助您將更多時(shí)間用于設(shè)計(jì)出色的高精度電路!
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