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DC-DC的PCB設計有哪些要點?
2022-03-17 198

相對於LDO來說,DC-DC的電路要複雜得多,雜訊也更大,對佈局和版圖的要求也更高。版圖的好壞直接影響DC-DC的效能,所以了解DC-DC的版圖非常重要。

1.佈局不好

  • EMI,DC-DC SW接腳會有較高的dv/dt,較高的dv/dt會造成較大的EMI幹擾;
  • 接地線噪聲,接地接線不良,會在地線上產生比較大的開關噪聲,這些噪聲會影響電路的其他部分;
  • 佈線產生壓力降,佈線太長,會造成佈線上壓降,降低整個DC-DC的效率;佈線上產生壓降,佈線太長,會造成接線上的壓降,降低整個DC-DC的效率;

2. 一般原則

  • 開關電流電路應盡可能短;
  • 訊號接地和大電流地(電源接地)分開走線,並在晶片GND處單點連接;

① 開關電路短路

下圖紅色LOOP1表示DC-DC高邊管導通、低邊管關閉時的電流流向;綠色LOOP2為高邊管關閉、低邊管開啟時的電流流向;

為了使這兩個電路盡可能小並引入較少的干擾,應遵循以下原則:

  • 盡量將電感靠近SW腳;
  • 輸入電容應盡可能靠近VIN接腳;
  • 輸入電容的地盡量靠近PGND腳;
  • 透過敷銅走線;
 

你為什麼要這樣做?

  • 如果線路太細、太長,阻抗就會增加,大電流會在這個阻抗上產生比較高的漣波電壓;
  • 如果線路太細、太長,會增加寄生電感,進而耦合開關噪聲,影響DC-DC的穩定性並造成EMI問題。
  • 寄生電容和阻抗會增加開關損耗和傳導損耗,影響DC-DC效率;

② 單點接地

單點接地是指訊號地與電源接地之間的單點接地。電源地會有比較大的開關噪聲,所以要盡量避免對敏感小訊號的干擾,例如FB回饋接腳。

  • 大電流地:L、Cin、Cout、Cboot連接到大電流地網路;
  • 小電流地:Css、Rfb1、Rfb2分別接取訊號地網路;
 

下圖是TI的一個開發板的佈局圖,紅色為上管開路時的電流路徑,藍色為下管開路時的電流路徑;以下佈局具有以下優點:

① 輸入電容的GND與銅皮相連,裝修時應將兩者的地盡量放在一起;輸入電容的GND與銅皮相連,裝修時應將兩者的地放在一起;兩者應盡可能放在一起;

②DC-DC Ton、Toff的電流路徑很短;

③右側小訊號單點接地,遠離左側大電流開關的雜訊。

 TI某開發板的DC-DC PCB佈局

3. 例子

典型的DC-DC BUCK電路佈局如下,SPEC中給出了以下幾點:

  • 輸入電容、高階MOS管、續流二極體構成的開關電路盡量小而短;
  • 輸入電容應盡可能靠近Vin Pin;
  • 確保所有回饋連接短而直,反饋電阻和補償元件盡可能靠近晶片;
  • SW遠離FB等敏感訊號;
  • 將VIN、SW,特別是GND連接到大面積的銅區域,以冷卻晶片並提高熱性能和長期可靠性。



 


DC-DC BUCK典型電路



  

4.總結

DC-DC電路的佈局非常重要,直接影響DC-DC的穩定性和性能。一般來說,DC-DC晶片的SPEC都會給予佈局指導,可供設計時參考。



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