良好的 PCB 布局對(duì)于DC/DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。 原因是DC/DC轉(zhuǎn)換器由于高頻開(kāi)關(guān)模式而對(duì)寄生電容和電感敏感。 不良的 PCB 布局會(huì)引入大的寄生電容和電感，從而導(dǎo)致輸出紋波高、輸出電壓調(diào)節(jié)和限流精度差、電磁干擾 (EMI) 問(wèn)題，甚至因高壓尖峰而導(dǎo)致故障。 如果在構(gòu)建第一個(gè) PCB 之前考慮周全，則正確的 PCB 布局將有助于避免DC/DC轉(zhuǎn)換器的大多數(shù)這些問(wèn)題，而無(wú)需額外成本。
話不多說(shuō)，先來(lái)一個(gè)典型栗子，基于 TPS61236 大電流升壓變換器來(lái)展示這五大步驟。如圖1所示。
圖1 原理圖
一、輸出電容的布置和走線
輸出電容器的位置對(duì)于任何升壓轉(zhuǎn)換器都是最重要的，因此它應(yīng)該靠近 IC 放置。 用短而寬的走線將電容器連接到 IC，以最大限度地減少寄生電感。 原因是流經(jīng)輸出電容的電流為脈沖型?？紤]到V = L × dI / dt，IC與輸出電容之間的寄生電感會(huì)導(dǎo)致SW引腳出現(xiàn)電壓尖峰和振鈴。 過(guò)高的電壓尖峰會(huì)損壞 IC 并且振鈴會(huì)導(dǎo)致 EMI 問(wèn)題。
圖 2 顯示了如何放置和布線 TPS61236 的輸出電容器。 在左側(cè)，三個(gè)0805封裝電容器并聯(lián)放置。 這種方式很簡(jiǎn)單，并且具有非常小的寄生電感。 但有時(shí)，由于系統(tǒng)板的限制，將大封裝電容靠近IC放置并不容易。 然后可以在 IC 附近放置一個(gè)小型封裝電容器，而將大容量電容器放置在更遠(yuǎn)的地方。
大容量電容可以通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的走線和過(guò)孔與IC連接，如圖2右側(cè)所示。如果需要過(guò)孔，建議每安培使用一個(gè)過(guò)孔。
如果空間允許，更多的通孔有助于降低寄生電阻。 在這兩種情況下，請(qǐng)確保 IC 和輸出電容器之間的走線足夠?qū)捯灾С执箅娏鳌?/p>
圖2 輸出電容布置
二、緩沖電路和電感布置和布線
要放置的第二個(gè)組件是電感器。 為減少輻射 EMI，電感應(yīng)靠近 IC 放置。 應(yīng)優(yōu)化 SW 節(jié)點(diǎn)的銅線，以最小面積處理大電流。 SW 節(jié)點(diǎn)是升壓轉(zhuǎn)換器的噪聲源，因此敏感節(jié)點(diǎn)（例如 FB）的任何痕跡都應(yīng)遠(yuǎn)離 SW 節(jié)點(diǎn)。 圖 3 顯示了兩種情況下電感的布局和布線。
圖3 電感布局
SW 節(jié)點(diǎn)中的緩沖電路對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行是不必要的。 但有時(shí)需要通過(guò)抑制振鈴和減慢 SW 節(jié)點(diǎn)的電壓上升沿和下降沿來(lái)降低 EMI。 為有效起見(jiàn)，緩沖電路的環(huán)路面積（Rs 和 Cs）應(yīng)盡可能小，以使寄生電感最小，如圖 4 所示。
圖4 吸收（緩沖）電路布局
三、輸入電容和Vin引腳布局
輸入電容器是要放置的最終功率元件。 輸入電容器還用于為內(nèi)部控制電路和欠壓鎖定 (UVLO) 的輸入電壓檢測(cè)電路供電。 因此輸入電容的接地節(jié)點(diǎn)應(yīng)靠近 IC 電源接地引腳。 輸入電容接地節(jié)點(diǎn)、輸出電容接地節(jié)點(diǎn)和 IC 接地引腳構(gòu)成升壓轉(zhuǎn)換器的電源接地。 輸入電容器的 VIN 節(jié)點(diǎn)和電感器之間的距離并不重要，因?yàn)橥ㄟ^(guò)輸入電容器的電流是連續(xù)的。
VIN 電壓通常是穩(wěn)定電壓，所以大的 VIN 節(jié)點(diǎn)覆銅面積不會(huì)造成麻煩，大的覆銅面積有助于提高熱性能。 圖 5 顯示了帶緩沖電路和帶緩沖電路的輸入電容器的放置。 緩沖電路比輸入電容更重要，因此需要時(shí)應(yīng)先放置。 由于緩沖電路在大多數(shù)應(yīng)用條件下是不必要的，因此在后面的章節(jié)中將不包括。
IC 的 VIN 引腳可以通過(guò)另一層的過(guò)孔和直接走線與輸入電容器的 VIN 節(jié)點(diǎn)相連，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該走線的電流很小。 如果這條走線太長(zhǎng)，可以在 IC 的 VIN 引腳附近放置一個(gè)小的去耦電容。
圖5 輸入電容和Vin引腳布局
四、小信號(hào)補(bǔ)償電路布局
小信號(hào)組件包括模擬和邏輯組件。 對(duì)于 TPS61236 升壓轉(zhuǎn)換器，小信號(hào)模擬組件是 CC 和 FB 引腳的電阻器和電容器（R1、R2、R5、C5）。 小信號(hào)邏輯組件是 INACT 和 EN 引腳的電阻器（R3、R4）。
模擬元件和節(jié)點(diǎn)對(duì)噪聲很敏感，尤其是當(dāng)它們具有大輸入阻抗時(shí)，例如 FB 引腳。 確保這些組件靠近 IC。 組件和 IC 之間的走線應(yīng)該很短，以最大限度地減少帶有噪聲 SW 節(jié)點(diǎn)的寄生電容。 切勿將 FB 走線與 SW 節(jié)點(diǎn)緊密并行布線； 否則開(kāi)關(guān)噪聲會(huì)耦合到 FB 引腳并導(dǎo)致問(wèn)題。 圖 6 顯示了小信號(hào)模擬組件的布局。
圖6 模擬信號(hào)部分布局
EN 和 INACT 引腳的邏輯電路不太重要。 這些電路通常具有相對(duì)較小的阻抗，這些引腳處的電壓噪聲較小，不會(huì)引起異常操作。 這些組件最后放置和布線。 如圖 7 所示，電阻通過(guò)另一層中的過(guò)孔和走線與 IC 引腳相連。
圖7 邏輯部分布局
五、連接信號(hào)地并鋪銅
模擬小信號(hào)元件的地節(jié)點(diǎn)和IC的AGND引腳形成信號(hào)地，必須通過(guò)單點(diǎn)連接到IC的電源地。 單點(diǎn)應(yīng)靠近 PGND 引腳。 確保沒(méi)有大電流流過(guò)信號(hào)地。 否則，耦合到控制電路中的噪聲可能會(huì)導(dǎo)致輸出電壓調(diào)節(jié)不良、電流限制不準(zhǔn)確或其他異常行為。 圖 8 顯示了信號(hào)地和電源地連接的一個(gè)很好的例子。
圖8 信號(hào)地
邏輯電路的地節(jié)點(diǎn)通常連接到信號(hào)地，如圖 8 所示。但如果它們離信號(hào)地太遠(yuǎn)，它們也可以連接到電源地。 只需確保耦合到邏輯電路的電壓噪聲不會(huì)太高而干擾邏輯行為。
IC主要通過(guò)VOUT和GND引腳散熱。 這些引腳中的大銅平面有助于提高熱性能。建議盡可能大地增加 GND 層的銅面積，如圖 9 所示。厚銅、頂層和底層之間的過(guò)孔和薄介電層也有助于提高熱性能。
圖9 敷銅
Signal-Ground 可以直接連接到地平面，無(wú)需大功率電流流過(guò) Signal-Ground，如圖 10 所示。 在圖 10 中，電源電流在左側(cè)布局的頂層流動(dòng)； 并且電源電流在正確布局的平面右側(cè)流動(dòng)。與圖 9 相比，圖 10 具有更大的覆銅面積，有助于提高熱性能。
圖10 大面積敷銅
本文介紹了幫助DC/DC轉(zhuǎn)換器 PCB 布局的五個(gè)步驟。 對(duì)于一些簡(jiǎn)單的DC/DC轉(zhuǎn)換器，按順序執(zhí)行五個(gè)步驟可以得到良好的布局。 對(duì)于其他復(fù)雜的DC/DC轉(zhuǎn)換器，這五個(gè)步驟需要循環(huán)多次才能有一個(gè)好的布局。 花在布局上的時(shí)間很寶貴，因?yàn)楹玫牟季直苊饬苏{(diào)試階段的大部分問(wèn)題。