关于开关型调节器PCB布局的一些想法 （另外免费赠送10个G的PPT素材） 芯片电子之家

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开关型调节器PCB布局的基本原则包括接地方法、元器件布局、降低噪声辐射，以及减小寄生电容和电感等。本文集中分析的是升压开关型调节器，但它所包含的原理同样适合其他类型的开关型调节器。

接地
当考虑怎样才能最好地为开关调节型电源设计电路板时，有经验的设计人员会谨慎考虑电路的接地方法，从而获得稳定的电压。但设计时很难获得完美的接地方案。因为这不仅是简单的接地问题，任何接地设计都会直接影响到电路的性能。
如果用一条较长的引线把电路的各种元器件连接到电源或电池的负端，从直觉上就可以意识到这条地线并非理想的接地。这条引线代表接地层或地线，存在电阻和电感，电流通过这条引线的电阻和电感流回电源，在这个过程中会产生相应的压降。因此，接地回路不会稳定在一个理想的稳压值（0V)。
如图所示是一个升压型开关转换器电路，该调节器依靠控制器IC内部的基准电压和两个反馈电阻产生特定的输出电压。为了获得正确的反馈从而得到正确的输出电压，电压基准、电阻分压器及输出电容必须处于同一电位。确切地说，控制器IC的模拟地引脚（电压基准的地）和电阻分压器的地电位必须与输出电容的地电位相等。输出电容接地端的电压至关重要，因为要求稳压器提供精确电压的负载通常紧靠着输出电容安装。这部分地是反馈电压的参考端。


同时，控制器IC需要精确的电压反馈。为了实现无抖动的开关操作，控制器IC需要在输出电压出现任何交流干扰时能够产生一个准确的取样，而这个精确的取样是通过反馈网络得到的。



合理布局稳压元件

除了接地方案，合理布局稳压元件也很重要。例如，控制器IC内部的电压基准必须采用紧靠REF引脚安装的电容旁路；基准电压的噪声会直接影响输出电压。同样，该旁路电容的地端必须连接到低噪声的参考地上（与控制器IC的模拟地及电阻分压器的地端相连）,且远离嘈杂的功率地。为了防止较大的开关电流通过模拟小信号的地回路进入电池或电源，这个低噪声参考地和嘈杂的功率地之间的隔离至关重要。

如图所示，调节器的功率电路包括两条电流路径：当MOSFET导通时，电流流过输入回路；当MOSFET断开时，电流流过输出回路。将这两个环路的元件相互靠近布局，可以把大电流限制在调节器的功率电路部分（远离低噪声元件的地回路）。CIN、L1和VT1必须相互靠近放置，Cm、L1、VD1和Cout也必须相互靠近。图特别指明了这两个环路及需要靠近安装的元件。另外，使用短且宽的引线实现密集的布线，可以提高效率，减小振铃，并可避免干扰低噪声的电路。





实际的电路板布局需要一些折中考虑，特别是在为上述两个大电流环路布局时。如果需要决定将哪些需要就近安装的元件真正地实现就近安装，必须确定每个环路中的哪些元件有不连续的电流流过。就近安装元件可以最大限度地减少寄生电感，而这些具有不连续电流的元件的位置对于减少寄生电感而言非常重要。
不管是采用电池还是电源为升压型开关调节器供电，电源阻抗都不为零。这意味着当调节器从电源汲取快速变化的电流时，电源的电压将发生变化。为了改善这种效应，电路设计人员在靠近上述两个功率环路的位置安装了输入旁路电容（有时使用两个电容，即用一个陶瓷电容与一个有极性电容并联）。这一举措并非为了保持功率电路的电源稳定。因为即使电源电压发生变化，功率电路也能很好地工作，但是将旁路电容靠近功率电路安装可以限制大电流注入功率电路，避免对低噪电路的干扰。
干扰的产生有三个途径：首先，如上所述，如果功率电路的接地返回电流流经调节器模拟电路的部分地回路或全部地回路，由于地回路的寄生电阻、电感，所以该电流将在这部分地通道上产生开关噪声，地回路的噪声会降低稳压输出精度，这个电流还可能干扰同一电路板上的其他敏感电路；其次，与地回路类似，电池或电源正端的开关噪声还可能精合至用同一电源供电的其他元件（包括控制芯片）,使基准电压发生抖动，若输入旁路电容两端的电压不稳定，在控制器的电源引脚前加一级R/C滤波器有助于稳定其供电电压；再次，交流电流流经的环路面积越大，所产生的磁场也越强，产生干扰的概率也大大增加。将输入旁路电容紧靠功率电路安装可以缩小环路面积，从而降低产生干扰的可能性。
如果输出端的两个分压电阻布局不合理，噪声也会引发其他问题。将这两个电阻靠近控制器的FB引脚放置，可以保证得到一个对噪声相对不敏感的电压反馈控制环路。这种布局可以使电阻分压器中点至开关调节器的FB引脚的引线最短。这是非常必要的，因为电阻分压器中点和控制器FB引脚的内部比较器输入都为高阻抗，连接两者的引线易于精合（主要通过容性精合）开关调节器的噪声。当然，如果有必要，可以考虑延长电阻分压器与输出端相连的引线，以及电阻分压器与输出电容地端相连的引线，而开关型调节器的低输出阻抗可用来抑制这些引线上的耦合噪声。

创建切实可行的电路板布局
有很多种方法可以处理开关电源的接地，一种方法是为所有的接地电路提供一个单独的地层，但这种方法可能不会运行在很好的状态下。采用这种方法时，电路的功率地电流可能流经电阻分压器、控制器特定引脚的旁路电容及控制器的模拟地或这三者的地回路，从而造成它们的地电位抖动。
最好的方法也许是创建两个单独的地层，一个用于功率电路，另一个用于调节器的低噪声模拟电路。
模拟地为控制器的模拟地引脚、电阻分压器的地端和控制器任何特定引脚的旁路电容(输入旁路电容Cm除外）的地端。模拟地不必是一个平面，而且可以使用较宽的长引线，这是因为其电流非常微弱并且相对稳定，而引线电阻和电感也不再是重要因素。
有时控制器IC的某些旁路电容既不能连接至模拟地也不能连接至功率电路地，如使用RC滤波器旁路的升压开关型调节器的V+引脚。在这种情况下，该电容接地引脚对于模拟地来说太嘈杂；同时，对于该电容来说，功率电路地的噪声也太大。因此，必须将这样的电容地直接连接至AGND和PGND引脚之间的连线（若控制器IC仅提供一个接地引脚，则直接连接至该引脚上）。

电路板的层数
电路板的层数在PCB布局中也是一个关键因素。在多层板上，可以使用一个中间层作为屏蔽层。屏蔽层允许在电路板的底层放置元件，从而会降低干扰的机会。配合使用屏蔽层时，将功率元件的地穿越屏蔽层连接并非一个好的方法。相反，应该将它们连接在一个隔离的、受限制的区域，这样可以清晰地分辨出这些电流的流向及它们的影响。
确保功率元件的地位于顶层，这种连接与电路板的层数无关，这样处理可以将其电流限制在已知的路径内，不会干扰其他地回路。若无法实现这一点，可以通过使用其他电路板层的隔离覆铜区域和过孔进行连接。对于每个接地点，应使用多个过孔并联以降低电阻和电感。