线路板厂DC-DC电源PCB布局布线

电路板厂DC-DC电源PCB布局布线

DC-DC开关电源的性能与PCB的布局密切相关。由于开关DC-DC有快速开关、电源通过电流和散热的考虑，不合理的布局和布线会极大地影响电源性能，并且会形成严重的噪声源。

布局：

在开关稳压器的布局中，交流路径的布局极其重要，而直流路径可以认为是次要的，但反馈信号强度是整个DC-DC电源的唯一关键信号。

众所周知，PCB上的走线具有电感，约为20nH/英寸。只要有电流流过Trace，就会产生感应电压，但电压值并不取决于电流的大小，而是取决于电流的变化率，V=L * (dI/dt)。因此，AC路径在PCB设计中非常重要，特别是对于使用高速开关管的DC-DC集成电路，dI/dt会很高。 NS（美国国家半导体）给出了一个粗略的数字：“对于典型的降压转换器，交流部分的电流变化是关断过程中负载电流的1.2倍，关断过程中负载电流的0.8倍。开关过程。”这里，AC路径的走线必须尽可能短，包括GND引脚的走线。虽然流经GND引脚的电流很小，但开关切换过程会刷新流经GND引脚的电流，电流会变得非常陡峭。这意味着输入电容和旁路电容应尽可能靠近IC放置，特别是对于降压IC。

PCB layout

IC周围的空间有限，所以输入电容和旁路电容不能同时靠近IC放置，特别是输入电容比较大。

首先了解一下输入电容的作用，就是让输入到IC的电压尽可能稳定，减少电压波动。其实应该说，大输入电容可以看作是板上的总电源。同时，输入电容的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）可能非常高，这会在IC的输入电源引脚处引起高频输入电压纹波。因此，输入电容器可以放置在距IC约1英寸的范围内。

旁路电容必须尽可能靠近IC的输入电源引脚。短引脚或无引脚的旁路手电筒一般采用0.1uF至0.47uF的陶瓷电容，对于滤除高频纹波有很好的效果。短引脚或无引脚会降低电容器的寄生电感（ESL）。同时一般采用1206和X7R封装。如果使用小封装尺寸，电容器的ESL和ESR将会增加。一般情况下，此类旁路电容应放置在 IC 的电源引脚旁边。

DC-DC开关电源中都会有一个钳位二极管，其放置位置也很关键。由于钳位二极管的一端是连接IC的SW引脚，因此该引脚的信号为矩形波。如果走线太长，其电感很容易拾取噪声并将其添加到 SW 信号中，形成噪声尖峰。钳位二极管布局的基本点是靠近IC放置，并使用短而宽的走线直接连接IC的SW引脚和GND引脚。

当输入旁路电容和钳位二极管放置正确后，就可以布置其他器件。连接输入旁路电容和钳位二极管的走线应尽可能短且宽，并且与IC连接的路径中不能有过孔，这意味着它们需要与IC在同一层，以便表面贴装电路板。这里没有过孔仅意味着不应在 IC 与输入旁路电容器和钳位二极管之间的走线中激活 VIA。然而，如果双面或多层板需要通过 VIA 连接到 GND 和电源层，则可以在输入旁路电容和钳位二极管附近的 PAD 旁边（而不是在连接的迹线中）激活 VIA。

接线：

在许多情况下，铜涂层被滥用。 GND层或VCC层敷铜没问题。可以降低电流环路阻抗，作为关键信号的参考，减少干扰。不过，刚才布局中提到的钳位二极管走线应该短而宽，但并不是越宽越好。 Trace很短，这很容易理解。每个人都会意识到“20nH/英寸”的经验法则是走线电感与长度成正比。但走线电感不是与宽度成反比吗？通常很多人都会直觉地认为是的。根据微量电感公式：L = 2l * [ln（2l/w） - 0.5 + 0.2235 * (w/l)]

可以看出，电感值和走线宽度是非线性的。为了减少寄生电感的影响，加宽走线应该是最后的手段。第一步应该是减少走线长度。特别是，由于钳位二极管连接到SW引脚，因此电压本身就是开关波形。如果走线被过宽的铜涂层取代，就会被认为是天线，并会引入 EMI 问题。对于开关节点来说，最好的选择是将其周围铜箔的尺寸控制在实际要求的最小范围内。

电源线被覆铜替代是Layout中常见的现象。人们认为，铜敷设得越大，可以承载的电流就越大。事实上，铜的截面积（宽度*厚度）越大，单位长度的走线电阻越小，发热量也越小。电流处理能力的实质是Trace的温升。电源部分Trace的尺寸要通过定量计算确定，不宜敷太多铜。一般温升30℃~40℃是可以接受的，同时也受周围加热装置的影响。不得超过环氧树脂板的额定温度（FR4应保持在120℃以下）。

经验法则：适用于中等温升（30℃以下）且电流小于5A