DC-DC的Layout要点(2)

DC-DC-24---DC-DC的Layout要点

引言：DC-DC的电感是一个特殊的器件，工作期间不断地储能放能，激发出电磁场，一方面向空间辐射，一方面沿着电源线路传导，所以DC-DC的电感选型和布局布线尤为重要，本节是系列的第二节，简述电感的布局布线规范（传送门：DC-DC-23：DC-DC的布局布线要点-1）。

1.电感的布局

将电感尽量放置在IC附近，可以将来自开关节点的辐射噪声控制在最低，不需要使用过宽的布线，可能有些考虑是为了降低走线的阻抗或者增加散热面积而增大电感焊盘处的铜箔面积，但过大的铜箔可能会产生天线效应增加电磁干扰。

电流耐受能力是决定布线宽度的考量之一，图24-1是流过一定电流时的导体宽度和自发热导致的温升图表。例如，当2A的电流流过镀层厚度35µm的布线时，为了使温升控制在20℃，可以使用宽度为0.53mm的布线。但是，由于布线会受到周围元器件发热及环境温度的影响，建议布线宽度要具备充足的余量。例如，建议1盎司（1OZ）（35µm）铜厚PCB板上每1A电流能力布线宽度选择1mm以上，2盎司（70µm）铜厚PCB板上每1A电流能力布线宽度选择0.7mm以上。

图24-1：镀层厚度、导线宽度、电流导致的温升

从EMI的角度考虑推荐的布线面积的布局如图24-2所示：

图24-2：理想的电感布线

图24-3是不正确的布线布局，使用了过宽的走线，可能会产生天线效应增加电磁干扰。

图24-3：不好的电感布线铜箔面积过大

不可以在电感的正下方走GND，由于GND层产生的涡电流，可能会有消除磁力线的效果而导致电感值降低或损耗增加（Q 值降低）。非GND的信号线也存在因涡电流而把开关噪声传递给信号的风险，因此应避免在电感正下方布线。不得不布信号线时，请使用漏磁较少的闭磁路电感，并实际测试后确认是否有问题。另外，布线时还需要注意电感引脚之间的距离。

图24-4：电感正下方不好的布线

如图24-5所示，当布线导致引脚间的距离过近时，开关节点的高频信号会通过杂散电容传至输出。

图24-5：电感正下方不好的布线

2.输出电容靠近电感放置

降压转换器的电路中，是通过在输出端并联输出电容的方式使输出电流变得平滑。虽然输出电容的重要程度不如输入电容，但是也要尽量靠近电感放置。

由于输入的地上存在着数百MHz的高频信号，所以建议Cout的地线和CIN的地线要相隔1cm～2cm。如果两者过近，那么输入的高频噪声可能会经由Cin传至输出端。

3.反馈线路的布线

反馈信号的布线在信号布线中也需要特别注意，如果有噪声被传入误差放大器，可能会使输出电压产生误差，在某些条件下还可能会产生振荡、环路不稳定等现象。（传送门：DC-DC-17：DC-DC的分压电阻为什么不能随便取值）

反馈路径布线的注意事项如图24-6所示。

1：输入反馈信号的IC的FB引脚通常采用高阻设计，因此这个引脚和电阻分压电路的分压节点要通过短线连接。

2：检测输出电压的采样点要连接在输出电容的两端或者输出电容之后。

3：电阻分压电路的走线平行且接近输出电源布线的话，噪声耐受性会大大提高。

4：布线要远离电感和续流二极管的开关节点，注意不要在电感或续流二极管的正下方或平行方向布线，在多层板中也同样要注意。

图24-6：反馈路径布线的注意事项

图24-7：其他反馈路径的布线

图24-7所示的布线中，地线的寄生电阻会导致电压下降，会影响负载调整特性，如果电压波动满足设计指标，也可以采用这种布线方式；图24-8是反馈路径的走线经由过孔转移到底层，远离开关节点的布局示例：

图24-8：反馈路径的布局示例经由底层走线

图24-9中，反馈路径在电感旁边和电感平行走线，电感周边产生的磁场会在反馈路径上引入噪声。

图24-9：错误的反馈路径布局在电感旁走线

4.接地

如图29-10所示，模拟小信号地和功率地必须分开，原则上PGND和AGND在顶层挨在一起放置：

图29-10：PGND和AGND推荐布置

如果如图24-11所示，分割PGND通过过孔在背面或内层连接的话，受过孔的寄生电阻和寄生电感的影响，可能会出现损耗增加和噪声恶化的问题。在背面和内层设置接地层的根本目的是旨在减少DC损耗、屏蔽及散热，而作为GND路径只是辅助作用。

在多层电路板的内层或底层设置接地层时，需要注意与高频开关噪声较多的输入端功率地以及和续流二极管地的连接。

图24-11：功率地的布局

对于多层线路板的GND处理，如图24-12所示，在第2层布了用来减少DC损耗的PGND层时，为了减少PGND上的寄生电感，要使用较多的过孔连接顶层的PGND和第2层的PGND。此外，在第3层有公共地、第4层有SGND的情况下，PGND和第3、4层地的连接可以放在高频开关噪声较少的输出电容附近，一定要避免连接有噪声较多的输入端和续流二极管附近的PGND。

图24-12：多层线路板的功率地连接方式