如何快速創(chuàng)建開關(guān)電源的PCB版圖設(shè)計(jì)？

讓我們看看為什么。我們的設(shè)計(jì)例子有高達(dá)3A的電流必須從地流回源(一個(gè)24V汽車電池或一個(gè)24V電源)。在二極管、COUT、CIN和負(fù)載的地連接處會有較大電流，而開關(guān)穩(wěn)壓器的地連接流經(jīng)的電流小。同樣情況也適用于電阻分壓器的參考地。若上述全部地引腳都連至一個(gè)地平面，將出現(xiàn)地線反彈現(xiàn)象。雖然很小，但電路中的敏感點(diǎn)(如借以獲得反饋電壓的電阻分壓器)將不會有穩(wěn)定的參考地。這樣，整個(gè)穩(wěn)壓精度將受到極大影響。實(shí)際上，隱藏在第二層地平面中的源還會產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象，而且非常難以定位。

此外，大電流連接必定用到連接地平面的過孔，而過孔是另一個(gè)干擾和噪聲源。把CIN地連接作為電路輸入和輸出側(cè)所有大電流地導(dǎo)線的星型節(jié)點(diǎn)是個(gè)較好的解決方案。這個(gè)星型節(jié)點(diǎn)連接地平面和兩個(gè)小電流地連接(IC和分壓器)。

圖4：

現(xiàn)在地平面會很潔凈：沒有大電流、沒有地線反彈。所有大電流地是以星型連接到CIN地。所有設(shè)計(jì)人員必須要做的事是使(全部在PCB頂層的)地導(dǎo)線盡可能短而粗。

需要檢查的節(jié)點(diǎn)是那些高阻抗節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆桓蓴_。最關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是IC的反饋管腳，其信號取自電阻分壓器。FB管腳是放大器(如LM25576)或比較器(如采用磁滯穩(wěn)壓器的場合)的輸入。在兩種情況FB點(diǎn)的阻抗都相當(dāng)高。因此，電阻分壓器應(yīng)放置在FB管腳的右側(cè)，從電阻分壓器中間連一條短導(dǎo)線到FB。從輸出到電阻分壓器的導(dǎo)線是低阻抗的，可用較長導(dǎo)線連至電阻分壓器。這里要緊的是布線方法而非導(dǎo)線長度。而其它節(jié)點(diǎn)就并非如此關(guān)鍵了。所以不必?fù)?dān)心開關(guān)節(jié)點(diǎn)、二極管、COUT、開關(guān)穩(wěn)壓器IC的VIN 管腳或者CIN。

布線方法

布線方法將給電阻分壓器帶來差別。該導(dǎo)線從COUT連至電阻分壓器，它的地回到COUT。我們必須確保該回路不形成一個(gè)開放區(qū)域。開放區(qū)域會起到接收天線的作用。如果我們能保證導(dǎo)線下的地平面沒有干擾，那么由導(dǎo)線和導(dǎo)線下的地以及第1層和第2層之間的一段距離圍成的區(qū)域應(yīng)該也是沒有干擾的?，F(xiàn)在明白了，為什么地不應(yīng)放在第4層，因?yàn)榫嚯x顯著增加了。

另一種方法是將電阻分壓器的地連接布線在第1層，并且使兩條導(dǎo)線并行并盡可能靠近以使區(qū)域更小。這些觀點(diǎn)適用于信號流經(jīng)的全部導(dǎo)線：傳感器連接、放大器輸出、ADC或音頻功放的輸入。應(yīng)對每個(gè)模擬信號進(jìn)行處理，以減少它們拾取噪聲的可能性。

圖5：

只要有可能就盡量縮小開放的電路板區(qū)域面積的要求對低阻抗導(dǎo)線也同樣適用；在這種情況我們有一個(gè)潛在的向PCB其它部分或其它設(shè)備發(fā)射干擾信號的源(“天線”)。需要重申的是，開放電路板區(qū)域面積越小越好。

另外兩條導(dǎo)線也很關(guān)鍵，第一條是從IC的開關(guān)輸出到二極管和電感節(jié)點(diǎn)；第二條是從二極管到該節(jié)點(diǎn)。這兩條導(dǎo)線無論是在開關(guān)導(dǎo)通還是二極管流過電流時(shí)都有很高的di/dt，所以這些導(dǎo)線應(yīng)盡可能短而粗。從該節(jié)點(diǎn)到電感以及從電感到COUT的導(dǎo)線就不那么關(guān)鍵。在本例中，電感電流相對恒定而且變化緩慢。我們所要做的是確保它是低阻抗點(diǎn)以最小化壓降。

實(shí)際樣例分析

圖6：比較好的開關(guān)電源版圖設(shè)計(jì)。

圖6是一個(gè)比較好的版圖設(shè)計(jì)。主要元件是一款與外部FET配合使用并采用MSOP-8封裝的控制器。注意CIN附近的空間，該電容的接地點(diǎn)直接連至二極管陽極。你無法使“電源地”內(nèi)的導(dǎo)線更短！FET[SW]可向上移動(dòng)幾毫米以縮短陰極-電感-FET之間的導(dǎo)線。

COUT區(qū)域是看不到的。但我們可觀察到電阻分壓器(FB1- FB2)非常接近該IC。FB2與另一個(gè)獨(dú)立的地平面連接，IC的地管腳也作同樣處理。利用三個(gè)過孔把“信號”地連至地平面，而“電源”地也是利用三個(gè)過孔連接PCB的GND腳。這樣，“信號”地就看不到“電源”地上發(fā)生的任何地線反彈。

如果你能遵循上述幾個(gè)簡單規(guī)則，你的PCB版圖設(shè)計(jì)將更為順利。在開始版圖設(shè)計(jì)前，花點(diǎn)時(shí)間仔細(xì)考慮PCB版圖設(shè)計(jì)將會起到事半功倍的效果，能幫助你節(jié)省今后解決開關(guān)電源中出現(xiàn)異常行為的時(shí)間。