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DC-DC 产品设计 PCB 注意事项

作者:芯动大师
  • 2024-06-29
    四川
  • 本文字数:1037 字

    阅读完需:约 3 分钟

DC-DC产品设计PCB注意事项

DC-DC 的电路比 LDO 会复杂很多,噪声也更大,布局和 layout 要求更高,layout 的好坏直接影响 DC-DC 的性能,所以了解 DC-DC 的 layout 至关重要。

一、Bad Layout

EMI,DC-DC 的 SW 管脚上面会有较高的 dv/dt, 比较高的 dv/dt 会引起比较大的 EMI 干扰;

地线噪声,地走线不好,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;

布线上产生电压降,走线太长,会使走线上产生压降,而降低整个 DC-DC 的效率;

二、一般原则

开关大电流回路尽量短;

信号地和大电流地(功率地)单独走线,并在芯片 GND 处单点连接;

① 开关回路短

  下图中红色 LOOP1 为 DC-DC 高边管导通,低边管关闭时的电流流向;绿色 LOOP2 的为高边管关闭,低边管开启时的电流流向;

  为使这两个回路尽量小,引入更少的干扰,需要遵从如下几点原则:

  电感尽量靠近 SW 管脚;

  输入电容尽量靠近 VIN 管脚;

  输入输出电容的地尽量靠近 PGND 脚;

  使用铺铜的方式走线;

为什么要这么做?

  走线过细过长会增大阻抗,大电流在此大阻抗上会产生比较高的纹波电压;

  走线过细过长会增大寄生电感,此电感上耦合开关噪声,影响 DC-DC 稳定性,造成 EMI 问题;

  寄生电容和阻抗会增大开关损耗和导通损耗,影响 DC-DC 效率;

② 单点接地

  单点接地,指的是信号地和功率地进行单点接地,功率地上会有比较大的开关噪声,所以需要尽量避免对敏感小信号造成干扰,如 FB 反馈管脚。

  大电流地:L,Cin,Cout,Cboot 连接到大电流地的网络;

  小电流地:Css,Rfb1,Rfb2 单独连接到信号地的网络;

下图是 TI 的一个开发板的 layout,红色为上管开时的电流路径,蓝色为下管开时的电流路径;如下的 layout 有如下比较好的优点:

  ① 输入输出电容的 GND 用铜皮进行连接,摆件时,两者的地尽量放一起;

  ② DC-DC Ton 和 Toff 时的电流路径都很短;

  ③ 右边小信号是单点接地,距离比较远,免受左边大电流开关噪声的影响;


TPSM82866C 评估板


PCB Layouts



三、实例

如下给出一个典型 DC-DC BUCK 电路的 layout,SPEC 中给出如下几点:

  输入电容,高边 MOS 管,和续流二极管形成的开关回路尽可能小和短;

  输入电容尽可能靠近 Vin Pin 脚;

  确保所有反馈连接短而直接,反馈电阻和补偿元件尽可能靠近芯片;

  SW 远离敏感信号,如 FB;

  将 VIN、SW,特别是 GND 分别连接到一个大的铜区,以冷却芯片,提高热性能和长期可靠性;

  DC-DC BUCK 典型电路

  layout 指导

四、小结

DC-DC 电路的 layout 至关重要,直接影响到 DC-DC 的工作稳定性和性能,一般 DC-DC 芯片的 SPEC 都会给出 layout 指导,可参考进行设计。


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凡事预则立,不预则废! 2022-06-01 加入

某公司芯片AE工程师,嵌入式开发工程师,InfoQ签约作者,阿里云专家博主,华为云·云享专家,51CTO专家博主,腾讯云社区优秀共创官。

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