可减少负载点转换器模块的噪声耦合的PCB布局

现代电子系统板需要多个非隔离负载点（POL）DC/DC转换器模块，为众多IC供电，包括微处理器，存储器，逻辑和其他半导体芯片。由于这些多层印刷电路板（PCB）密集，因此用于为这些器件供电的POL模块也与微型封装中的分立无源和有源元件高度集成。

由于这些模块是高频工作的开关稳压器，具有快速瞬态响应，因此必须通过适当的电源/控制布线将它们正确放置在PCB上，以最大限度地降低噪声耦合，确保无故障运行并保持最佳性能。

正如Lineage Power（现为GE Energy）应用笔记AN04-006¹中所述，标题为“非隔离变换器应用指南”，开关DC/DC转换器是快速变化的电场和磁场的来源。因此，它们产生的EMI频谱范围从大约300 kHz的典型开关频率（对于GE的Austin Lynx II系列模块）到兆赫范围内的谐波。因此，为了最小化这些不希望的频率对电路板上其他元件的影响，DC/DC转换器模块在PCB上的位置是至关重要的。因此，必须将模块小心地放在电路板上，并考虑其周围其他元件的位置。

除了在模块的输入和输出端子采用正确滤波之外，还建议正确布置连接电源模块的互连或走线，以便从这些转换器模块获得最佳性能。

最小化噪声

为了说明非隔离POL模块的PCB布局指南，让我们考虑GE Energy的Austin Lynx II，SuperLynx II和TLynx系列降压DC/DC转换器的示例布局。由于降压转换器的输入电流是不连续的，因此Austin Lynx II，SuperLynx II和TLynx系列转换器采用输入滤波电容。值得注意的是，进入DC/DC模块的输入电流会产生明显的纹波分量，从而产生叠加在输入源上的电压纹波。

由于这种高频纹波电压和电流可能是噪声的潜在来源，因此必须将其降至最低。因此，为了避免噪声耦合，必须最小化用于DC/DC转换器模块的功率和信号迹线的环路面积。此外，输入和输出滤波电容必须尽可能靠近电源转换器模块。

使用Austin Lynx II模块的典型应用电路如图1所示。如图所示，输入（CIN）和输出（COUT）引脚使用具有低等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）的陶瓷电容。提供这些电容器的元件制造商，也称为大容量电容器，包括TDK和Murata。这种应用中的典型值为数十或数百微法（μF）。

图1：Austin Lynx II DC/DC转换器模块的典型应用电路用外部电容器描述。

为降低模块输入和输出端的高频开关噪声，应将0.1μF（0603）和1.0μF（0603）小型封装陶瓷电容放置在输入和输出引脚上。模块。

图2显示了图1中所示的Austin Lynx II模块的物理布局。该示例显示了在多层PCB上设计模块时必须遵循的重要指南。为简单起见，假设所有三个电源走线（输入，输出和接地）都位于PCB的顶层，即放置Austin Lynx II模块的位置。

这里最重要的指导方针是将地平面（图2中的绿色）延伸到模块下方的区域。 GE的指南不建议使用此空间来布线信号走线，除非它们位于地平面下方的内层。 VOUT和接地层靠得很近，以最大限度地减少输出侧的互连电感。输出电容（COUT）尽可能靠近输出/接地引脚连接，以提供最有效的输出滤波。类似地，在输入端，通过将VIN和接地层靠近放置，使输入电容尽可能靠近输入/接地引脚，使互连电感最小化。

图2：Austin Lynx II转换器模块的简化印刷电路板（PCB）布局。

推荐的PCB布局

简而言之，Austin Lynx II DC/DC转换器的位置可以最大限度地减少环路面积和噪声耦合。信号走线不应布线在模块下方，除非它们夹在地平面之间，以避免噪声耦合。同样，为防止任何耦合，不应在模块下放置任何组件。如图2所示，只有接地平面位于模块下方。

为便于维修和从PCB上拆下可表面安装的DC/DC模块，建议在模块外形周围留出4.0 mm（0.16 in。）的间隙。除了间隙外，它还可以隔离相邻组件，使其在移除过程中不会受热。

此外，GE指南还建议使用铜质平面来布线电源走线，包括输入，输出和接地连接。传统上，在多层PCB中，顶层和底层主要用于路由信号。这导致内层用于接地，输入和输出。对于非隔离转换器模块，由于输入电压通常用于馈送多个模块，因此通常为其分配一层。输出可以是另一层，也可以是同一层的一部分。但是，在表面贴装模块的情况下，需要多个过孔来将电流从顶层传输到内部电源层。这里的经验法则是每个通孔有3 A，推荐的通孔尺寸为22 mils（0.022 in。或560μm）镀通孔。对于控制引脚，每个引脚一个通孔被认为是足够的。过孔也应位于电流方向，以获得最佳性能。对于大容量电容，建议每个电容连接一个或两个过孔。

对于信号走线，该公司建议走线宽度为7至10密耳（180至250微米）。

图3显示了Austin Lynx II模块的布局，显示了位于输出，输入和接地引脚附近的过孔，用于将电流传输到内层。

图3：Austin Lynx II转换器模块的推荐PCB布局显示了过孔的位置。

尽管内部测试结果未在参考的应用笔记中提供，但制造商表示，遵循此处提供的指南可以最大限度地减少与在多层PCB上安装POL DC/DC转换器模块相关的噪声和EMI问题。