電路板廠DC-DC電源PCB布局布線

DC-DC開關電源的性能與PCB的布局密切相關。由于開關DC-DC有快速開關、電源通過電流和散熱的考慮，不合理的布局和布線會極大地影響電源性能，并且會形成嚴重的噪聲源。

布局：

在開關穩壓器的布局中，交流路徑的布局極其重要，而直流路徑可以認為是次要的，但反饋信號強度是整個DC-DC電源的唯一關鍵信號。

眾所周知，PCB上的走線具有電感，約為20nH/英寸。只要有電流流過Trace，就會產生感應電壓，但電壓值并不取決于電流的大小，而是取決于電流的變化率，V=L * (dI/dt)。 因此，AC路徑在PCB設計中非常重要，特別是對于使用高速開關管的DC-DC集成電路，dI/dt會很高。 NS（美國國家半導體）給出了一個粗略的數字：“對于典型的降壓轉換器，交流部分的電流變化是關斷過程中負載電流的1.2倍，關斷過程中負載電流的0.8倍。開關過程。”這里，AC路徑的走線必須盡可能短，包括GND引腳的走線。雖然流經GND引腳的電流很小，但開關切換過程會刷新流經GND引腳的電流，電流會變得非常陡峭。 這意味著輸入電容和旁路電容應盡可能靠近IC放置，特別是對于降壓IC。

IC周圍的空間有限，所以輸入電容和旁路電容不能同時靠近IC放置，特別是輸入電容比較大。

首先了解一下輸入電容的作用，就是讓輸入到IC的電壓盡可能穩定，減少電壓波動。 其實應該說，大輸入電容可以看作是板上的總電源。 同時，輸入電容的等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL）可能非常高，這會在IC的輸入電源引腳處引起高頻輸入電壓紋波。因此，輸入電容器可以放置在距IC約1英寸的范圍內。

旁路電容必須盡可能靠近IC的輸入電源引腳。 短引腳或無引腳的旁路手電筒一般采用0.1uF至0.47uF的陶瓷電容，對于濾除高頻紋波有很好的效果。 短引腳或無引腳會降低電容器的寄生電感（ESL）。 同時一般采用1206和X7R封裝。 如果使用小封裝尺寸，電容器的ESL和ESR將會增加。 一般情況下，此類旁路電容應放置在 IC 的電源引腳旁邊。

DC-DC開關電源中都會有一個鉗位二極管，其放置位置也很關鍵。 由于鉗位二極管的一端是連接IC的SW引腳，因此該引腳的信號為矩形波。 如果走線太長，其電感很容易拾取噪聲并將其添加到 SW 信號中，形成噪聲尖峰。 鉗位二極管布局的基本點是靠近IC放置，并使用短而寬的走線直接連接IC的SW引腳和GND引腳。

當輸入旁路電容和鉗位二極管放置正確后，就可以布置其他器件。 連接輸入旁路電容和鉗位二極管的走線應盡可能短且寬，并且與IC連接的路徑中不能有過孔，這意味著它們需要與IC在同一層，以便 表面貼裝電路板。 這里沒有過孔僅意味著不應在 IC 與輸入旁路電容器和鉗位二極管之間的走線中激活 VIA。 然而，如果雙面或多層板需要通過 VIA 連接到 GND 和電源層，則可以在輸入旁路電容和鉗位二極管附近的 PAD 旁邊（而不是在連接的跡線中）激活 VIA。

接線：

在許多情況下，銅涂層被濫用。 GND層或VCC層敷銅沒問題。 可以降低電流環路阻抗，作為關鍵信號的參考，減少干擾。 不過，剛才布局中提到的鉗位二極管走線應該短而寬，但并不是越寬越好。 Trace很短，這很容易理解。 每個人都會意識到“20nH/英寸”的經驗法則是走線電感與長度成正比。 但走線電感不是與寬度成反比嗎？ 通常很多人都會直覺地認為是的。 根據微量電感公式：L = 2l * [ln（2l/w） - 0.5 + 0.2235 * (w/l)]

可以看出，電感值和走線寬度是非線性的。 為了減少寄生電感的影響，加寬走線應該是最后的手段。 第一步應該是減少走線長度。 特別是，由于鉗位二極管連接到SW引腳，因此電壓本身就是開關波形。 如果走線被過寬的銅涂層取代，就會被認為是天線，并會引入 EMI 問題。 對于開關節點來說，最好的選擇是將其周圍銅箔的尺寸控制在實際要求的最小范圍內。

電源線被覆銅替代是Layout中常見的現象。 人們認為，銅敷設得越大，可以承載的電流就越大。 事實上，銅的截面積（寬度*厚度）越大，單位長度的走線電阻越小，發熱量也越小。 電流處理能力的實質是Trace的溫升。 電源部分Trace的尺寸要通過定量計算確定，不宜敷太多銅。 一般溫升30℃~40℃是可以接受的，同時也受周圍加熱裝置的影響。 不得超過環氧樹脂板的額定溫度（FR4應保持在120℃以下）。

經驗法則：適用于中等溫升（30℃以下）且電流小于5A

• 對于1oz銅，1A電流至少使用12mil寬的銅箔

• 對于2oz銅，1A電流至少使用7mil銅箔

• GND平面，盡量保持地平面的完整性，不要在地平面上進行分割或走線