PCB设计方案分析

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1、1.5过孔和焊盘放置许多设计人员喜欢在多层PCB卜放置很多过孔(VIAS)。但是，必须避免在高频电流返同路径上放置过多过。否则，地层上高频电流走线会遭到破坏。如果必须在高频电流路径上放置一些过孔的活，过孔之间可以留出一空间让高频电流顺利通过，图12显示了过孔放置方式。图12过孔放置方式电源排版基本要点5过孔放置不应破坏高频电流在地层上的流经。设计者同时应注意不同焊盘的形状会产生不同的串联电感。图13显示了儿种焊盘形状的串联电感值。图13焊盘寄生串联电感旁路电容(Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。旁路电容必须是低阻抗和低ESL乩的瓷片电容。但如果

2、一个高品质瓷片电容在PCB上放置的方式不对，它的高频滤波功能也就消失了。图14显示了旁路电容正确和错误的放置方式。图14旁路电容正确与错误的放置方式1．6电源直流输出许多开关电源的负载远离电源的输出端口。为了避免输出走线受电源自身或周边电子器件所产生的电磁下扰，输出电源走线必须像图l5(b)那样靠得很近，使输出电流环路的面积尽可能减小。图15电源输出直流电流环路l.7地层在系统板上的分隔新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路、开关电源电路。为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数字电路的影响，通常需要分隔不同电路的接地层。如果选用多层PCB，不同电路的接

3、地层可由不同PCB板层来分隔。如果整个产品只有一层接地层，则必须像图16中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔还是在单层PCB上进行地层分隔，不同电路的地层都应该通过单点与开关电源的接地层相连接。电源排版基本要点6系统板上不同电路需要不同接地层，不同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接。图16电路接地层民电源接地层的单点连接2、开关电源PCB排版例子设汁人员应能在此线路图上区分出功率电路中元器件和控制信号电路中元器件。如果设计者将该电源中所有的元器件当作数字电路中的元器件来处理，则问题会相当严重。通常首先需要知道电源高频电流的路径，并区分小信号

4、控制电路和功率电路元器件及其走线。一般来讲，电源的功率电路主要包括输入滤波电容、输出滤波电容、滤波电感、上下端功率场效应管。控制电路主要包括PWM控制芯片、旁路电容、自举电路、反馈分压电阻、反馈补偿电路。2.l电源功率电路PCB排版电源功率器件在PCB上正确的放置和走线将决定整个电源工作是否正常。设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的波形有一一定的了解。图17一个典型的降压式开关电源图18显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。由于从输入滤波电容(Cin)，上端场效应管(S1)和F端场效应管(S2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的

5、交流电流，所以由Cin-S1-S2所形成的环路面积要尽量减小。同时由S2，L和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也要尽量减小。图18开关电源功率电路上的电流和电压图19不正确的开关电源功率器件放置和走线如果设汁者未按本文所述的要点来制作功率电路PCB，很可能制作出网19所示的电源PCB，图19的PCB排版存在许多错误：第一，由于Cin有很大的ESL，Cin的高频滤波能力基本上消失； 第二，Cin-S1-S2和S1-LCout环路的面积太大，所产生的电磁噪音会对电源本身和周边电路造成很大于扰； 第三，L的焊盘靠得太近，造成Cp太大而降低了它的高频滤波功能；

6、 第四，Cout焊盘引线太长，造成FSL太大而失去了高频滤波线。Cin-S1-S2和S2-L-Cout环路的面积已控制到最小。S1的源极，S2的漏极和L之问的连接点是一整块铜片焊盘。由于该连接点上的电压是高频，S1、S2和L需要靠得非常近。虽然L和Cout之间的走线上没有高峰值的高频电流，但比较宽的走线可以降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高。如果成本上允许，电源可用一面完全是接地层的双面PCB，但必须注意在地层卜尽量避免走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改善电源的高频滤波性能。2.2电源控制电路PCB排版电源控制电路PCB排版

7、也是非常重要的。不合理的排版会造成电源输出电压的漂移和振荡。控制线路应放置在功率电路的边上，绝对不能放在高频交流环路的中间。旁路电容要尽量靠近芯片的Vcc和接地脚(GND)。反馈分压电阻最好也放置在芯片附近。芯片驱动至场效应管的环路也要尽量减短。电源排版基本要点7控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短。图20正确的开关电源功率器件放置和走线2.3开关电源PCB排版例1图21是图17PCB的元器件面走线图。此电源中采用了一个低价PWM控制器(Semtech型号SCIIO4A)。PCB下层是一个完整的接地层。此PCB功率地层与控制地层之间没有分隔。可以

8、看到该电源的功率电路由输入插座(PCB