印刷电路板（PCB）布局技巧

接下去我们再看一下

DC-DC PCB 布板的一般原则

首先我们先看一下如果布板不好的话

它会引起左边的这些不良的影响

首先来说

因为DC-DC 是一个开关的器件

所以说它会在尤其是在 SW pin 脚

上面会有较高的 dv/dt

比较高的 dv/dt 它会引起

比较大的 EMI 干扰

还有就是地走线不好的话

它会在地线上面会产生

比较大的开关噪声

而这些噪声会影响到其它

部分的电路

同样如果你走线太长的话

它也会使走线上产生压降

而降低整个 DC-DC 的效率

同样的

如果在这个环路上面

如果有过多的寄生电感或电容存在的话

就会引入过多非线性的因素

就会引入过多非线性的因素

这样的话会使整个环路调节能力下降

这样的话会使整个环路调节能力下降

因为这些

环路上的一些寄生电感和电容

环路上的一些寄生电感和电容

它会引起相位延时

这样它会导致整个环路的响应

和它的调节能力会下降

甚至它会使环路引起不稳定

所以 DC-DC 它的一般的布板的原则

我们是尽量要做到这两点

第一点就是说在一些开关大电流的时候

尽量保持它的环路尽量短

尤其是在输入电容

上管 下管 SW电感 输出电容

这几块元器件它整个的 layout 的

环路我们尽量保持它短一些

也就是说

我们电感和电容

尽量要去靠近芯片

而这几个器件的地尽量也要接在一起

然后以最短的路径

去接到芯片的电源地上面去

如果我们整个片子上有信号地和

功率地的话

我们尽量把这两个地去隔开

然后在某一点进行单点接地

这样其实也是防止我的信号地

和功率地之间相互干扰

我们可以看一下为什么

我们要在大电流环路下的

面积尽可能小

我们可以看一下这个粉红色的虚线

它其实是当我开关导通时候

在 Ton 的时候我电流环路的流向

这个绿色的线是当上管关断

下管导通的时候电流的流向

所以我们可以看到

这个粉色的和这个绿色的这两个

环路是交流分量最多的两个环路

所以说我们尽量把这两个环路的

面积给做得更小

所以我们要把我们的输入电容

电感 和输出电容 尽量靠近芯片

使整个环路的面积尽可能地去小

另外 在这几个地

也就是输入电容的地

还有输出电容的地

如果当异步的话

这边还有一个二极管的地

这三个地我们尽量以最短的走线方式

去连接到芯片的 PGND

并且以覆铜的方式去进行连接

如果板子有允许的话

如果当你表层不能走的话

我们可以把这几个地

打到下面一层

去做一个局域孤岛

把这几个地连到孤岛上面

然后孤岛再跟主地进行单点接地

这样既可以保证

地路径的回路阻抗是最小的

同时 这段地的噪声

也不会去干扰到其它电路

我们再看一下

如果不按照这个原则的话

会产生什么问题

如果当电感离 SW pin脚特别远的话

这边会产生一个寄生电感

而寄生电感由于反向电动势的存在

它会使 SW pin 脚

上面的波形产生尖刺

这个尖刺很有可能会去

打坏 SW pin 脚

造成芯片损坏

我们再看一下

如果当这些走线过细的话

它会使上面的阻值增加

阻值增加会增加整个环路的纹波

而如果整个环路变大

这样就会增加 EMI 的能量

所以我们一定要保证周围的电感和电容

尽量要去靠近芯片

总的目标就是我们要把

整个粉色和绿色的交流环路做到最小

这里我们再说一下为什么

大电流信号和小电流信号要分开

我们可以看一下

粉色的就是我们刚才说的整个

大电流的一个流通路径

而绿色的就是 DC-DC 小信号部分流通路径

我们可以看到

如果我们把这个地直接接在一起的话

那大信号上面的开关噪声

它会耦合到小信号的上面去

而造成小信号的地平面被干扰

这样的话会导致

COMP 和 VFB 引脚都会受到干扰

VFB 引脚是很敏感的一个 pin 脚

它是参考电压的输入引脚

它是反馈端的输入引脚

这个上面如果有过多干扰的话

它会导致输出的值会有偏差

所以我们要注意

尽量不要让大电流信号的地

去干扰到小信号电流的地

平时我们在做的时候

如果有条件的话

我们可以把大电流的地和小电流的地

进行隔开 然后进行单点相连

如果在实际应用中实在没有办法

把这两个地隔开的话

我们尽量要采取垂直走线

使这两条地的走线尽量不要去平行

因为平行的话会形成耦合电容

把干扰耦合到小信号上面去

也就不管怎样 你尽量保证大信号

环路的地和小信号环路的地

它们的公共部分尽量少一点

而在某一处进行一个单点相连就可以了

我们可以看一下这是我们开发板上

DC-DC 的一个参考的布线图

这两个是输入电容

这个是输出电容

这是输出电感

输出电容的地和输入电容的地

是一个比较大的一个覆铜接在一起

并且和芯片的地相连

这样的话大大缩短了地的回流路径

并且保证了地的路径上面的阻抗是非常小的

我们可以看一下

红色这条线是当 DC-DC 在 Ton 时候

电流的流动路径

蓝色是在 Toff 的时候电流的流动路径

我们可以看一下这两个路径

它所包围的面积是非常非常小的

所以基本上如果你的器件布置摆放得好

地接得好的话

基本上整个 Ton 和 Toff 的

回流路径都是非常小的

我们可以看到右边这边是小信号的路径

小信号这边我们跟地这边

进行一个单点相连就可以了

这样大电流这边的开关噪声也不会

去干扰到小信号

我们看一下这里的 SW pin 脚

和电感是通过里层穿层过去连接的

这条路径也和 VIN 的这条路径

是相互垂直的 所以也不存在干扰的问题

另外我们前面有提到

SW pin 脚这个 pin 脚上面其实有

很高的 dv/dt

它其实是很大的一个 EMI 的产生源

所以在这一块地方的覆铜尽量越小越好

防止这一块信号去影响到其它部分电路

另外就是在自举电路这一块

自举电路要尽量去靠近 SW pin 脚

来缩短整个高频的流通路径

还有就是整个 PGND 尽量去接到

覆铜面积比较大的 GND 上面

来帮助整个芯片的散热

现在一般来说很多芯片在它底部有

一个表面贴装焊盘

一般来说我们可以把表面贴装焊盘

通过多打几个过孔去连接到

主板的地层上面

因为地层的覆铜往往是面积最大的

它也是很好地能帮助整个芯片去散热

最后我们去讲下 TI 有哪些

DC-DC 的产品

因为 TI 的电源产品非常非常多

覆盖面非常广

这里我们只讲一下小于 30V

以内的 DC-DC 产品

我们可以看一下

最大电流我们可以支持到 10A

甚至是 12A 15A

像大电流的这些 DC-DC

经常会用在交换机和一些多核的 pump 里面

而在输入电压这一块

我们最大可以支持到 28V

像目前客户一般比较用的

是 12V 的输入系统

所以主要是会用到 18V 输入电压的 DC-DC

在具体产品里面

可以按照客户不同的需求

我们有不同的电源产品

它其实里面又分电流模式和 DCAP2 模式

在 DCAP2 模式里面还又分轻载高效模式

和非轻载高效模式

如果当客户在负载比较小的情况下

也需要一个比较高的效率的话

我们可以去选择轻载高效模式的 DC-DC

其实里面还有一些产品

是开关频率可调的

它其实能帮助你更好地通过 EMI 的测试

而这里我也只是罗列了一些 DC-DC 的产品

希望大家在设计产品的时候

具体产品有具体的要求可以联系

TI 的代理商或者说原厂的 FAE

他们会帮你选择出最好的性价比

和最符合你产品需求的 DC-DC 电源产品

接下去我们再看一下

DC-DC PCB 布板的一般原则

首先我们先看一下如果布板不好的话

它会引起左边的这些不良的影响

首先来说

因为DC-DC 是一个开关的器件

所以说它会在尤其是在 SW pin 脚

上面会有较高的 dv/dt

比较高的 dv/dt 它会引起

比较大的 EMI 干扰

还有就是地走线不好的话

它会在地线上面会产生

比较大的开关噪声

而这些噪声会影响到其它

部分的电路

同样如果你走线太长的话

它也会使走线上产生压降

而降低整个 DC-DC 的效率

同样的

如果在这个环路上面

如果有过多的寄生电感或电容存在的话

就会引入过多非线性的因素

就会引入过多非线性的因素

这样的话会使整个环路调节能力下降

这样的话会使整个环路调节能力下降

因为这些

环路上的一些寄生电感和电容

环路上的一些寄生电感和电容

它会引起相位延时

这样它会导致整个环路的响应

和它的调节能力会下降

甚至它会使环路引起不稳定

所以 DC-DC 它的一般的布板的原则

我们是尽量要做到这两点

第一点就是说在一些开关大电流的时候

尽量保持它的环路尽量短

尤其是在输入电容

上管 下管 SW电感 输出电容

这几块元器件它整个的 layout 的

环路我们尽量保持它短一些

也就是说

我们电感和电容

尽量要去靠近芯片

而这几个器件的地尽量也要接在一起

然后以最短的路径

去接到芯片的电源地上面去

如果我们整个片子上有信号地和

功率地的话

我们尽量把这两个地去隔开

然后在某一点进行单点接地

这样其实也是防止我的信号地

和功率地之间相互干扰

我们可以看一下为什么

我们要在大电流环路下的

面积尽可能小

我们可以看一下这个粉红色的虚线

它其实是当我开关导通时候

在 Ton 的时候我电流环路的流向

这个绿色的线是当上管关断

下管导通的时候电流的流向

所以我们可以看到

这个粉色的和这个绿色的这两个

环路是交流分量最多的两个环路

所以说我们尽量把这两个环路的

面积给做得更小

所以我们要把我们的输入电容

电感 和输出电容 尽量靠近芯片

使整个环路的面积尽可能地去小

另外 在这几个地

也就是输入电容的地

还有输出电容的地

如果当异步的话

这边还有一个二极管的地

这三个地我们尽量以最短的走线方式

去连接到芯片的 PGND

并且以覆铜的方式去进行连接

如果板子有允许的话

如果当你表层不能走的话

我们可以把这几个地

打到下面一层

去做一个局域孤岛

把这几个地连到孤岛上面

然后孤岛再跟主地进行单点接地

这样既可以保证

地路径的回路阻抗是最小的

同时 这段地的噪声

也不会去干扰到其它电路

我们再看一下

如果不按照这个原则的话

会产生什么问题

如果当电感离 SW pin脚特别远的话

这边会产生一个寄生电感

而寄生电感由于反向电动势的存在

它会使 SW pin 脚

上面的波形产生尖刺

这个尖刺很有可能会去

打坏 SW pin 脚

造成芯片损坏

我们再看一下

如果当这些走线过细的话

它会使上面的阻值增加

阻值增加会增加整个环路的纹波

而如果整个环路变大

这样就会增加 EMI 的能量

所以我们一定要保证周围的电感和电容

尽量要去靠近芯片

总的目标就是我们要把

整个粉色和绿色的交流环路做到最小

这里我们再说一下为什么

大电流信号和小电流信号要分开

我们可以看一下

粉色的就是我们刚才说的整个

大电流的一个流通路径

而绿色的就是 DC-DC 小信号部分流通路径

我们可以看到

如果我们把这个地直接接在一起的话

那大信号上面的开关噪声

它会耦合到小信号的上面去

而造成小信号的地平面被干扰

这样的话会导致

COMP 和 VFB 引脚都会受到干扰

VFB 引脚是很敏感的一个 pin 脚

它是参考电压的输入引脚

它是反馈端的输入引脚

这个上面如果有过多干扰的话

它会导致输出的值会有偏差

所以我们要注意

尽量不要让大电流信号的地

去干扰到小信号电流的地

平时我们在做的时候

如果有条件的话

我们可以把大电流的地和小电流的地

进行隔开 然后进行单点相连

如果在实际应用中实在没有办法

把这两个地隔开的话

我们尽量要采取垂直走线

使这两条地的走线尽量不要去平行

因为平行的话会形成耦合电容

把干扰耦合到小信号上面去

也就不管怎样 你尽量保证大信号

环路的地和小信号环路的地

它们的公共部分尽量少一点

而在某一处进行一个单点相连就可以了

我们可以看一下这是我们开发板上

DC-DC 的一个参考的布线图

这两个是输入电容

这个是输出电容

这是输出电感

输出电容的地和输入电容的地

是一个比较大的一个覆铜接在一起

并且和芯片的地相连

这样的话大大缩短了地的回流路径

并且保证了地的路径上面的阻抗是非常小的

我们可以看一下

红色这条线是当 DC-DC 在 Ton 时候

电流的流动路径

蓝色是在 Toff 的时候电流的流动路径

我们可以看一下这两个路径

它所包围的面积是非常非常小的

所以基本上如果你的器件布置摆放得好

地接得好的话

基本上整个 Ton 和 Toff 的

回流路径都是非常小的

我们可以看到右边这边是小信号的路径

小信号这边我们跟地这边

进行一个单点相连就可以了

这样大电流这边的开关噪声也不会

去干扰到小信号

我们看一下这里的 SW pin 脚

和电感是通过里层穿层过去连接的

这条路径也和 VIN 的这条路径

是相互垂直的 所以也不存在干扰的问题

另外我们前面有提到

SW pin 脚这个 pin 脚上面其实有

很高的 dv/dt

它其实是很大的一个 EMI 的产生源

所以在这一块地方的覆铜尽量越小越好

防止这一块信号去影响到其它部分电路

另外就是在自举电路这一块

自举电路要尽量去靠近 SW pin 脚

来缩短整个高频的流通路径

还有就是整个 PGND 尽量去接到

覆铜面积比较大的 GND 上面

来帮助整个芯片的散热

现在一般来说很多芯片在它底部有

一个表面贴装焊盘

一般来说我们可以把表面贴装焊盘

通过多打几个过孔去连接到

主板的地层上面

因为地层的覆铜往往是面积最大的

它也是很好地能帮助整个芯片去散热

最后我们去讲下 TI 有哪些

DC-DC 的产品

因为 TI 的电源产品非常非常多

覆盖面非常广

这里我们只讲一下小于 30V

以内的 DC-DC 产品

我们可以看一下

最大电流我们可以支持到 10A

甚至是 12A 15A

像大电流的这些 DC-DC

经常会用在交换机和一些多核的 pump 里面

而在输入电压这一块

我们最大可以支持到 28V

像目前客户一般比较用的

是 12V 的输入系统

所以主要是会用到 18V 输入电压的 DC-DC

在具体产品里面

可以按照客户不同的需求

我们有不同的电源产品

它其实里面又分电流模式和 DCAP2 模式

在 DCAP2 模式里面还又分轻载高效模式

和非轻载高效模式

如果当客户在负载比较小的情况下

也需要一个比较高的效率的话

我们可以去选择轻载高效模式的 DC-DC

其实里面还有一些产品

是开关频率可调的

它其实能帮助你更好地通过 EMI 的测试

而这里我也只是罗列了一些 DC-DC 的产品

希望大家在设计产品的时候

具体产品有具体的要求可以联系

TI 的代理商或者说原厂的 FAE

他们会帮你选择出最好的性价比

和最符合你产品需求的 DC-DC 电源产品