pcb设计单点接地示意图_快速高效实现DCDC BUCK电路的PCB布局布线五步骤

引言

在实现正确的性能与可靠性的过程中，印刷电路板(PCB)布局是一项至关重要然而却未得到充分认识的步骤，对于开关模式电源(SMPS)而言尤其重要。本文从介绍五个简单的步骤，让DC-DC BUCK型转换器的PCB布局具备稳健性，为原型设计做好准备。下面以下图的一款比较常用DC-DC BUCK芯片的典型应用电路为例进行说明。

步骤1：输入电容的布局和布线

对于任何降压型转换器来说，输入电容器都是其实现可靠操作的最重要组件。因此，在布局过程中其应为IC之后首先安放的组件。在安放了电容器之后立即将之布线至IC，这样在其走线排布的路径中就不会被置入其他的组件。输入电容器端子(电源端子和接地端子)之间以及IC的PVIN和PGND端子之间的额外寄生电感将由于开关动作而产生过大的电压尖峰(V=L*dI/dt),，这会导致IC故障。为此，在布局时需要输入电容器应尽可能靠近IC，采用宽阔和简短的平面连接方式可最大限度的减少印制线的电感，下图给出了两种正确的布局和布线方式。

输入电容的正确布局方式

步骤2：电感和开关SW节点减振器的布局和布线

在降压开关电路的相关器件布局中，续流电感和开关SW节点减振器的布局和布线的重要性是排在第二位的。偶尔需要通过采用减振器电路以减缓SW节点的上升和下降时间来降低开关模式电源(SPMS)的电磁干扰(EMI)。但是减缓上述的上升和下降时间会增加开关损耗，从而导致转换效率下降。由于SW节点的电压以非常快的上升和下降时间从输入电压摆动至地电位，因此它是SMPS中EMI的主要产生者。为了有效地降低EMI，可在PCB布局中增设一个电阻/电容(RC)减振器。这是SW和PGND(GND)引脚之间布线最短的地方，从而最大限度降低寄生电感。把电感安放在尽可能靠近IC之处，并保持尽可能小的SW节点铜面积，下图左边为没有SW节点减振器的电感布局，右边为带有SW节点减振器的电感和减振器布局。

可最大限度降低EMI的电感和RC减振器的布局

步骤3：输出电容和VOS引脚的布局及布线

输出电容器的排布是完成功率组件(内部 MOSFET、输入电容器、输出电容器、电感器和任选的减振器)布线工作的最后一步。其为系统中连接至电源接地端的最终组件，而且它所选择的安放位置旨在尽可能地缩短从电感器背部至电源接地的距离。输出电容器布设不当通常会引起不良的输出电压调节。每种功率组件的安置和布线以尽量缩短它们之间的距离为宗旨。使这些环路面积保持很小可实现 SMPS 的最佳运作。最后，此类组件的布线不应采用过孔，因为过孔将使印制线的电感显著增加。

最至关重要的小信号连接是 VOS 输入引脚。VOS 引脚连接不当或存在噪声将引发不良的输出电压调节、开关抖动、在某些场合中甚至是 IC 故障。现在实施 VOS 引脚布线以确保其具有高于其他信号布线的优先级。使 VOS引脚走线简短并直达输出电容器。以TPS62130A 为例，由于 TPS62130A 引出脚配置的原因，采用两个过孔和一条专用印制线将 VOS引脚布线至输出电容器。这为电路中的功率组件赋予了优先级。为了减少噪声捡拾，需将两个过孔与所有其他接线(VOS 引脚和顶层上的输出电压平面除外)隔离开来。不要直接在顶层上进行 TPS62130A 的 VOS 引脚布线，因为这将中断更为重要的 PGND 连接。下图给出了针对 C2 和 C12 输出电容器的正确安置和布线，以及底层上的一种良好的 VOS 引脚布线。

实现良好调节的输出电容和VOS引脚的布局及布线

步骤4：小信号组件的布局及布线

小信号组件包括所有与电源转换没有直接关系的模拟和数字组件。诸如 FB 引脚分压器、软起动电容器及任何小信号去耦电容器(比如：0.1 μF)等即为此类组件。噪声较高的功率组件及其节点产生噪声，而模拟小信号组件则容易受到噪声的不良影响。应采用简短和直接的布线把所有这些组件布设在靠近 IC 的地方，以使其对噪声的敏感性保持在很低的水平。特别重要的是，必需尽可能地使 FB 节点保持小巧，以最大限度地减少噪声捡拾并提供优良的输出电压调节性能。采用一个公共的模拟接地或者安静的接地 (quiet ground)。应把所有的组件安装在 PCB 的单面之上以实现简易的布线。由于小信号组件的安放和布线不当所引发的常见问题包括输出电压调节性能欠佳、软起动操作出错和器件操作问题。所需的任何上拉或下拉电阻器一般可沿着信号路径随意布设，不必安放在靠近 SMPS 的地方。

小信号的正确布局和布线

步骤5：单点接地并连接至系统的其余部分

需要为有噪声的功率组件设立一个接地点，而为安静的小信号组件保留一个单独的接地点。接着，在单个点上把这两个接地接合起来，这个点通常是位于 IC 下方的裸露散热焊盘。一般情况下，建议不要把过孔安置在位于安静接地组件上的系统接地平面中，因为这会将噪声从接地平面耦合到这些网络中。最好是把这些接地通过布线直接回接至 AGND 引脚，在该引脚上它们建立一个至裸露散热焊盘的单点连接。

布局和布线完成后的示意图

结论

当设计开关模式电源 (SMPS) 的 PCB 布局时，应始终参阅器件的数据表和 EVM 以了解示例和具体的建议。但是，对于那些无法完全遵循这些示例和建议的场合，或者少数未提供示例和建议的情形，遵照 5 个简单的步骤可实现良好的降压型转换器布局：

1、实施输入电容器的安置和布线。

2、实施电感器和 SW 节点减振器的安置和布线。

3、实施输出电容器和 VOS 引脚的安置和布线。

4、进行小信号组件的安置和布线。

5、制作一个单点接地并连接至系统的其余部分

END