LDOと比較して、DC-DCの回路ははるかに複雑で、ノイズが大きく、レイアウトやレイアウト要件も高くなります。レイアウトの品質はDC-DCの性能に直接影響するため、DC-DCのレイアウトを理解することは非常に重要です。

1. レイアウトが悪い

• EMI、DC-DC SW ピンは dv/dt が高く、dv/dt が高くなると EMI 干渉が大きくなります。
• 接地線ノイズ、つまり不適切な接地配線は、比較的大きなスイッチング ノイズを接地線に発生させ、これらのノイズは回路の他の部分に影響を与えます。
• 配線で電圧降下が発生し、配線が長すぎると、配線で電圧降下が発生し、DC-DC全体の効率が低下します。配線で電圧降下が発生し、配線が長すぎると、長いと配線で電圧降下が発生し、DC-DC 全体の効率が低下します。

2. 一般原則

• スイッチング電流回路はできるだけ短くする必要があります。
• 信号グランドと大電流グランド (パワーグランド) は別々に配線され、チップ GND の 1 点で接続されます。

①スイッチング回路のショート

下図の赤いLOOP1は、DC-DCハイサイド管がオン、ローサイド管がオフのときの電流の流れる方向を示しています。緑色の LOOP2 は、ハイサイド チューブが閉じ、ローサイド チューブが開いたときの電流の流れの方向です。

これら 2 つの回路をできるだけ小さくし、干渉を少なくするには、次の原則に従う必要があります。

• インダクタを SW ピンの近くに配置してみてください。
• 入力コンデンサはできるだけ VIN ピンの近くに配置する必要があります。
• 入力コンデンサのグランドは可能な限り PGND ピンの近くに配置します。
• 銅を敷設して配線します。

なぜあなたはこれをしたいのですか？

• 線路が細すぎたり長すぎたりすると、インピーダンスが増加し、大電流によってこのインピーダンスに比較的高いリップル電圧が発生します。
• 線路が細すぎたり長すぎたりすると、寄生インダクタンスが増加し、スイッチング ノイズと結合して DC-DC の安定性に影響を及ぼし、EMI 問題を引き起こします。
• 寄生容量と寄生インピーダンスは、スイッチング損失と伝導損失を増加させ、DC-DC 効率に影響を与えます。

② 一点接地

一点接地とは、信号グランドと電源グランドの間を一点接地することを指します。電源グランドには比較的大きなスイッチング ノイズが存在するため、FB フィードバック ピンなどの敏感な小さな信号への干渉を避けるように努める必要があります。

• 高電流グランド: L、Cin、Cout、Cboot は高電流グランドのネットワークに接続されています。
• 小電流グランド: Css、Rfb1、Rfb2 は信号グランドのネットワークに個別に接続されます。

次の図は、TI の開発ボードのレイアウトを示しています。上部のチューブが開いているときの電流経路が赤、下部のチューブが開いているときの電流経路が青です。次のレイアウトには次の利点があります。

① 入力コンデンサの GND は銅皮で接続されており、装飾する場合は 2 つの GND をできるだけまとめてください。入力コンデンサの GND は銅皮で接続し、装飾する場合は 2 つの GND を接続します。この 2 つは可能な限り一緒にすべきです。

②DC-DC Ton と Toff の電流経路は非常に短いです。

③右側の小信号は左側の大電流スイッチのノイズから遠く離れた一点接地となります。

3.例

一般的な DC-DC BUCK 回路のレイアウトは次のとおりであり、SPEC には次の点が記載されています。

• 入力コンデンサ、ハイサイド MOS トランジスタ、フリーホイール ダイオードで構成されるスイッチング回路は、可能な限り小型かつ短くなっています。
• 入力コンデンサはできるだけ Vin ピンに近づける必要があります。
• すべてのフィードバック接続が短く直接的であること、フィードバック抵抗と補償素子ができるだけチップの近くにあることを確認してください。
• FB などの敏感な信号から SW を遠ざけてください。
• VIN、SW、特に GND を広い銅領域に接続してチップを冷却し、熱性能と長期信頼性を向上させます。

4 要約する

DC-DC 回路のレイアウトは非常に重要であり、DC-DC の安定性と性能に直接影響します。一般に、DC-DC チップの SPEC はレイアウトの指針を与え、設計の参考として使用できます。

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