DC-DC的Layout要點(diǎn)(2)

DC-DC-24---DC-DC的Layout要點(diǎn)

引言：DC-DC的電感是一個(gè)特殊的器件，工作期間不斷地儲(chǔ)能放能，激發(fā)出電磁場(chǎng)，一方面向空間輻射，一方面沿著電源線(xiàn)路傳導(dǎo)，所以DC-DC的電感選型和布局布線(xiàn)尤為重要，本節(jié)是系列的第二節(jié)，簡(jiǎn)述電感的布局布線(xiàn)規(guī)范（傳送門(mén)：DC-DC-23：DC-DC的布局布線(xiàn)要點(diǎn)-1）。

1.電感的布局

將電感盡量放置在IC附近，可以將來(lái)自開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輻射噪聲控制在最低，不需要使用過(guò)寬的布線(xiàn)，可能有些考慮是為了降低走線(xiàn)的阻抗或者增加散熱面積而增大電感焊盤(pán)處的銅箔面積，但過(guò)大的銅箔可能會(huì)產(chǎn)生天線(xiàn)效應(yīng)增加電磁干擾。

電流耐受能力是決定布線(xiàn)寬度的考量之一，圖24-1是流過(guò)一定電流時(shí)的導(dǎo)體寬度和自發(fā)熱導(dǎo)致的溫升圖表。例如，當(dāng)2A的電流流過(guò)鍍層厚度35μm的布線(xiàn)時(shí)，為了使溫升控制在20℃，可以使用寬度為0.53mm的布線(xiàn)。但是，由于布線(xiàn)會(huì)受到周?chē)?a target="_blank">元器件發(fā)熱及環(huán)境溫度的影響，建議布線(xiàn)寬度要具備充足的余量。例如，建議1盎司（1OZ）（35μm）銅厚PCB板上每1A電流能力布線(xiàn)寬度選擇1mm以上，2盎司（70μm）銅厚PCB板上每1A電流能力布線(xiàn)寬度選擇0.7mm以上。

圖24-1：鍍層厚度、導(dǎo)線(xiàn)寬度、電流導(dǎo)致的溫升

從EMI的角度考慮推薦的布線(xiàn)面積的布局如圖24-2所示：

圖24-2：理想的電感布線(xiàn)

圖24-3是不正確的布線(xiàn)布局，使用了過(guò)寬的走線(xiàn)，可能會(huì)產(chǎn)生天線(xiàn)效應(yīng)增加電磁干擾。

圖24-3：不好的電感布線(xiàn)銅箔面積過(guò)大

不可以在電感的正下方走GND，由于GND層產(chǎn)生的渦電流，可能會(huì)有消除磁力線(xiàn)的效果而導(dǎo)致電感值降低或損耗增加（Q 值降低）。非GND的信號(hào)線(xiàn)也存在因渦電流而把開(kāi)關(guān)噪聲傳遞給信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)避免在電感正下方布線(xiàn)。不得不布信號(hào)線(xiàn)時(shí)，請(qǐng)使用漏磁較少的閉磁路電感，并實(shí)際測(cè)試后確認(rèn)是否有問(wèn)題。另外，布線(xiàn)時(shí)還需要注意電感引腳之間的距離。

圖24-4：電感正下方不好的布線(xiàn)

如圖24-5所示，當(dāng)布線(xiàn)導(dǎo)致引腳間的距離過(guò)近時(shí)，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的高頻信號(hào)會(huì)通過(guò)雜散電容傳至輸出。

圖24-5：電感正下方不好的布線(xiàn)

2.輸出電容靠近電感放置

降壓轉(zhuǎn)換器的電路中，是通過(guò)在輸出端并聯(lián)輸出電容的方式使輸出電流變得平滑。雖然輸出電容的重要程度不如輸入電容，但是也要盡量靠近電感放置。

由于輸入的地上存在著數(shù)百M(fèi)Hz的高頻信號(hào)，所以建議Cout的地線(xiàn)和CIN的地線(xiàn)要相隔1cm～2cm。如果兩者過(guò)近，那么輸入的高頻噪聲可能會(huì)經(jīng)由Cin傳至輸出端。

3.反饋線(xiàn)路的布線(xiàn)

反饋信號(hào)的布線(xiàn)在信號(hào)布線(xiàn)中也需要特別注意，如果有噪聲被傳入誤差放大器，可能會(huì)使輸出電壓產(chǎn)生誤差，在某些條件下還可能會(huì)產(chǎn)生振蕩、環(huán)路不穩(wěn)定等現(xiàn)象。（傳送門(mén)：DC-DC-17：DC-DC的分壓電阻為什么不能隨便取值）

反饋路徑布線(xiàn)的注意事項(xiàng)如圖24-6所示。

1：輸入反饋信號(hào)的IC的FB引腳通常采用高阻設(shè)計(jì)，因此這個(gè)引腳和電阻分壓電路的分壓節(jié)點(diǎn)要通過(guò)短線(xiàn)連接。

2：檢測(cè)輸出電壓的采樣點(diǎn)要連接在輸出電容的兩端或者輸出電容之后。

3：電阻分壓電路的走線(xiàn)平行且接近輸出電源布線(xiàn)的話(huà)，噪聲耐受性會(huì)大大提高。

4：布線(xiàn)要遠(yuǎn)離電感和續(xù)流二極管的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，注意不要在電感或續(xù)流二極管的正下方或平行方向布線(xiàn)，在多層板中也同樣要注意。

圖24-6：反饋路徑布線(xiàn)的注意事項(xiàng)

圖24-7：其他反饋路徑的布線(xiàn)

圖24-7所示的布線(xiàn)中，地線(xiàn)的寄生電阻會(huì)導(dǎo)致電壓下降，會(huì)影響負(fù)載調(diào)整特性，如果電壓波動(dòng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)，也可以采用這種布線(xiàn)方式；圖24-8是反饋路徑的走線(xiàn)經(jīng)由過(guò)孔轉(zhuǎn)移到底層，遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的布局示例：

圖24-8：反饋路徑的布局示例經(jīng)由底層走線(xiàn)

圖24-9中，反饋路徑在電感旁邊和電感平行走線(xiàn)，電感周邊產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在反饋路徑上引入噪聲。

圖24-9：錯(cuò)誤的反饋路徑布局在電感旁走線(xiàn)

4.接地

如圖29-10所示，模擬小信號(hào)地和功率地必須分開(kāi)，原則上PGND和AGND在頂層挨在一起放置：

圖29-10：PGND和AGND推薦布置

如果如圖24-11所示，分割PGND通過(guò)過(guò)孔在背面或內(nèi)層連接的話(huà)，受過(guò)孔的寄生電阻和寄生電感的影響，可能會(huì)出現(xiàn)損耗增加和噪聲惡化的問(wèn)題。在背面和內(nèi)層設(shè)置接地層的根本目的是旨在減少DC損耗、屏蔽及散熱，而作為GND路徑只是輔助作用。

在多層電路板的內(nèi)層或底層設(shè)置接地層時(shí)，需要注意與高頻開(kāi)關(guān)噪聲較多的輸入端功率地以及和續(xù)流二極管地的連接。

圖24-11：功率地的布局

對(duì)于多層線(xiàn)路板的GND處理，如圖24-12所示，在第2層布了用來(lái)減少DC損耗的PGND層時(shí)，為了減少PGND上的寄生電感，要使用較多的過(guò)孔連接頂層的PGND和第2層的PGND。此外，在第3層有公共地、第4層有SGND的情況下，PGND和第3、4層地的連接可以放在高頻開(kāi)關(guān)噪聲較少的輸出電容附近，一定要避免連接有噪聲較多的輸入端和續(xù)流二極管附近的PGND。

圖24-12：多層線(xiàn)路板的功率地連接方式