十幾張圖，案例講解DC/DC電源PCB設計

硬件筆記本

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- A' p! @/ y% y# U& K3 m大家好，我是王工。在DCDC電源電路中，PCB的布局對電路功能的實現(xiàn)和良好的各項指標來說都十分重要。本文以buck電路為例，簡單分析一下如何進行合理PCB layout布局以及設計中的注意事項。
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首先，以最簡單的BUCK電路拓撲為例，下圖（1-a）和（1-b）中分別標明了在上管開通和關斷時刻電流的走向，即功率回路部分。這部分電路負責給用戶負載供電，承受的功率較大。

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) X1 p% x. G, [8 t結合圖（1-c）中Q1和Q2的電流波形，不難發(fā)現(xiàn)，由于電感的存在，后半部分電路中不會存在一個較高的電流變化趨勢，只有在兩個開關管的部分會出現(xiàn)高電流轉換速率。在PCB布線時需要特別注意，盡可能減小這一快速變化的環(huán)節(jié)的面積，來減少對其他部分的干擾。隨著集成工藝的進步，目前大部分電源芯片都將上下管集成到了芯片的內(nèi)部。
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% R9 O: a! L" ^9 m7 _/ }* ?' y0 {1 J了解了高電流轉換速率部分后，讓我們回到整個功率回路布局來看。以MPS的非常受歡迎的MPQ8633A（B）系列產(chǎn)品為例，這是一款完全集成的高頻同步降壓轉換器可以實現(xiàn)高達12-20A的輸出電流，其原理圖如下，其功率回路（綠色標注）中包含輸入電容，電感以及輸出電容等器件。



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8 a9 [6 E' Q, h% U0 Q' `功率回路也需要做到盡可能地占用較小的環(huán)路面積，來減少噪聲的發(fā)射以及回路上的寄生參數(shù)。推薦的PCB布局如圖（3）所示。注意點如下：

3 u" @/ q6 \1 ~( W輸入電容就近放在芯片的輸入Vin 和功率地PGND ，減少寄生電感的存在，因為輸入電流不連續(xù)，寄生電感引起的噪聲對芯片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響。VIN 的管腳旁邊至少各有1 個去耦電容 ，用來濾除來自電源輸入端的交流噪聲和來自芯片內(nèi)部（倒灌）的電源噪聲，同時也為芯片儲能。且電容需要緊挨管腳，兩者的間距需要小于40mil 。
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功率回路盡可能的短粗，保持較小的環(huán)路面積 ，減少噪聲的發(fā)射。
SW 點是噪聲源，保證電流的同時保持盡量小的面積 ，遠離敏感的易受干擾的位置，例如FB等。
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鋪銅面積和過孔數(shù)量會影響到PCB 的通流能力和散熱。由于PCB的載流能力與PCB板材、板厚、導線寬厚度以及溫升相關，較為復雜，可以通過IPC-2152標準來進行準確的查找和計算。一般，對于MPQ8633A（B）的PCB來說，需要在VIN（至少打6個過孔）和PGND（至少打9個過孔）處多打過孔，這兩處的鋪銅應最大化來減小寄生阻抗。SW處的鋪銅也需要加寬，以免出現(xiàn)限流的情況，導致工作異常。
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, ~8 j: c: ^+ n( ?3 `( ^討論完功率回路部分，轉眼看芯片邏輯電路部分，這部分的PCB布局也是有所講究的。

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! ~' q. P' ]; V* K. ^, C$ a. W2 p結合圖（3）和（4）可總結注意點如下：
+ U8 }% j6 M0 P  X# X. C7 w1.將BST 電容放置在盡可能靠近BST 和SW 的位置，使用20mil 或更寬來布線路徑。

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5 |+ y% G( K4 Q- {4 P* }5 X6 J2 k2.FB 電阻連接到FB 管腳盡可能短， 減少噪聲的耦合。這是芯片最敏感，最容易受干擾的部分，是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的十分常見原因。需要將其遠離噪聲源，例如：SW點，電感，二極管等（在非同步buck中，MPQ8633外圍無二極管）。如圖，RFF、CFF、RFB1、RFB2都盡量靠近芯片擺放。


3.VCC 電容應就近放置在芯片的VCC 管腳和芯片的信號地之間，盡量在一層，沒有過孔 。對于信號地（AGND）和功率地（PGND）在一個管腳的芯片，同樣就近和該管腳連接。
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0 j8 i+ f! A/ \' [2 g4.AGND和PGND需要進行單點連接。



8 \7 z6 Y( R) Z, R# S; k5.將SS電容靠近TRK/REF至RGND。

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6.將SENSE電容置于輸出SENSE線之間，平行走線。


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- V) j3 j6 K& c) f# V* k7.PCB layout 中走線和鋪銅都盡量避免90 °直角，走45°或者圓弧角，特別是在高頻信號傳輸線部分。避免由傳輸線寬帶來的反射和傳輸信號的失真。
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- p; H0 b) w) m8 ~最后，為了方便大家了解自己畫的PCB是否合理，可以參考以下簡易表格做一個自評：

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以上表格適用于簡單的buck、boost電路的pcb設計，多用單層或者雙層板即可。僅供參考，歡迎補充。

$ q; t4 w5 @+ K1 c3 L7 V寫在最后
都說硬件工程師越老越吃香，這句話也證明硬件也是需要積累的，王工從事硬件多年，也會不定期分享技術好文，感興趣的同學可以加微信，或后臺回復“加群”，管理員拉你加入同行技術交流群。

  U/ O5 N0 d& I( R! \! \以下兩個電路，是之前技術交流群群友發(fā)的，王工做了一個簡單的分析，旨在幫助入門或轉行的同學理解學習（點擊圖片直接進入）


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