高速转换器PCB设计相关规则

高速转换器PCB设计相关规则

为了确保设计性能满足数据手册的技术规范，必须遵循一些准则。 首先，有一个常见的问题：“AGND和DGND接地层应该分开吗？” 简单的答案是：这取决于情况。详细的答案是：通常不分开。 因为大多数情况下，分离地平面只会增加返回电流的电感，带来的弊大于利。 从公式V=L(di/dt)可以看出，电压噪声会随着电感的增大而增大。 随着开关电流增加（因为转换器的采样率增加），电压噪声也会增加。 因此，接地层应连接在一起。

例如，在某些应用中，为了满足传统设计的要求，必须在某些区域放置脏总线电源或数字电路。 同时，由于尺寸限制，电路板无法很好地分割。 在这种情况下，分离接地层是实现良好性能的关键。 然而，为了使整体设计有效，这些接地层必须通过电路板上某处的桥或连接点连接在一起。 因此，连接点应均匀分布在独立的接地平面上。 最后，PCB 上通常有一个连接点成为返回电流通过的最佳位置，而不会导致性能下降。 该连接点通常位于转换器附近或下方。

在设计电源层时，应使用所有可用于这些层的铜线。 如果可能，不要让这些层共享布线，因为额外的布线和过孔会将电源层分成更小的部分，从而快速损坏电源层。 由此产生的稀疏电源层可以将电流路径压缩到最需要的地方，即转换器的电源引脚。 挤压过孔和布线之间的电流会增加电阻，导致转换器电源引脚上出现轻微的压降。

最后，电源层的放置非常重要。 不要将高噪声数字电源堆叠在模拟电源层上。 否则，尽管它们位于不同的层，但它们仍然可能是耦合的。 为了最大限度地降低系统性能下降的风险，这些类型的层应在设计中尽可能分开而不是堆叠在一起。与此同时，讨论印刷电路板 (PCB) 的电力传输系统 (PDS) 设计的任务常常被忽视，但这对于系统级模拟和数字设计人员来说至关重要。

PDS（电力传输系统）的设计目标是最小化响应电源电流需求而产生的电压纹波。 所有电路都需要电流。 有些电路需要大量电流，而另一些电路则需要以更快的速率提供电流。 使用完全去耦的低阻抗电源或接地层以及良好的 PCB 堆叠可以最大限度地减少电路电流需求产生的电压纹波 。例如，如果设计开关电流为1A，PDS的阻抗为10mΩ，则最大电压纹波为10mV。

首先，我们应该设计一个支持更大层电容器的PCB堆叠结构。 例如，六层堆叠可以包括顶部信号层、第一接地层、第一电源层、第二电源层、第二接地层和底部信号层。 规定堆叠结构中第一接地层和第一电源层彼此靠近，两层之间的间距为2至3密耳，形成固有的层电容。 这种电容最大的优点就是免费，只需要在PCB制造笔记中注明即可。 如果必须划分电源层，并且同一层上有多个 VDD 电源轨，则应使用最大的电源层。 不要留下漏洞，并注意敏感电路。 这将使 VDD 层的电容最大化。 如果设计允许附加层（在这种情况下，从六层到八层），则应在第一和第二电源层之间放置两个附加接地层。 当磁芯间距也为2至3密耳时，叠层结构的固有电容将增加一倍。

对于理想的 PCB 堆栈，应在电源层的起始入口点和 DUT 周围使用去耦电容器，这将确保 PDS 阻抗在整个频率范围内较低。 使用几个0.001μF到100μF的电容有助于覆盖这个范围。 无需到处配置电容； 面对 DUT 对接的电容将打破所有制造规则。 如果需要采取如此严厉的措施，则表明电路中存在其他问题。

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