PCB设计系列分享-LDO的布局布线指南

目录

概要

整体架构流程

技术名词解释

技术细节

小结

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概要

“噪声问题”

        这是每位电路板设计师都会听到的四个字。为了解决噪声问题，往往要花费数小时的时间进行实验室测试．以便揪出元凶，但最终却发现，噪声是由开关电源的布局不当而引起的。解决此类问题可能需要设计新的布局，导致产品延期和开发成本增加。

整体架构流程

     本文将提供有关印刷电路板(PCB)布局布线的指南，以帮助设计师避免此类噪声问题。作为例子的开关调节器布局采用双通道同步开关控制器ADP1850，第一步是确定调节器的电流路径。然后，电流路径决定了器件在该低噪声布局布线设计中的位置。

技术名词解释

提示：这里可以添加技术名词解释

技术细节

提示：这里可以添加技术细节

第一步：确定电流路径

       在开关转换器设计中，高电流路径和低电流路径彼此非常靠近。交流(AC)路径携带有尖峰和噪声，高直流(DC)路径会产生相当大的压降，低电流路径往往对噪声很敏感。适当PCB布局布线的关键在于确定关键路径．然后安排器件．并提供足够的铜面积以免高电流破坏低电流。性能不佳的表现是接地反弹和噪声注入IC及系统的其余部分。
       图所示为一个同步降压调节器设计，它包括一个开关控制器和以下外部电源器件:高端开关．低端开关．电感．输入电容．输出电容和旁路电容。图1中的箭头表示高开关电流流向。必须小心放置这些电源器件．避免产生不良的寄生电容和电感，导致过大噪声．过冲、响铃振荡和接地反弹。

 

       诸如DH.DL、BST和SW之类的开关电流路径离开控制器后需妥善安排，避免产生过大寄生电感。这些线路承载的高ol/ot交流开关脉冲电流可能达到3A以上并持续数纳秒。高电流环路必须很小．以尽可能降低输出响铃振荡，并且避免拾取额外的噪声。低值．低幅度信号路径．如补偿和反馈器件等，对噪声很敏感。应让这些路径远离开关节点和电源器件,以免注入干扰噪声。

第二步布局物理规划

        PCB物理规划(floor plan)非常重要，必须使电流环路面积最小．并且合理安排电源器件．使得电流顺畅流动．避免尖角和窄小的路径。这将有助于减小寄生电容和电感，从而消除接地反弹。
        图2所示为采用开关控制器ADP1850的双路输出降压转换器的PCB布局。请注意，电源器件的布局将电流环路面积和寄生电感降至最小。虚线表示高电流路径。同步和异步控制器均可以使用这一物理规划技术。在异步控制器设计中，肖特基二极管取代低端开关。

 第三步mosfet和电容

      顶部和底部电源开关处的电流波形是一个具有非常高6l/ot 的脉冲。因此．连接各开关的路径应尽可能短，以尽量降低控制器拾取的噪声和电感环路传输的噪声。在PCB一侧上使用一对DPAK 或SO-8封装的FET时，最好沿相反方向旋转这两个FET，使得开关节点位于该对FET的一侧．并利用合适的陶瓷旁路电容将高端漏电流旁路到低端源。务必将旁路电容尽可能靠近MOSFET放置〈参见图2)，以尽量减小穿过FET和电容的环路周围的电感。
     输入旁路电容和输入大电容的放置对于控制接地反弹至关重要。输出滤波器电容的负端连接应尽可能靠近低端MOSFET的源，这有助于减小引起接地反弹的环路电感。图2中的Cb1和Cb2是陶瓷旁路电容，这些电容的推荐值范围是1uF 至22 uF。对于高电流应用．应额外并联一个较大值的滤波器电容，如图的CIN所示。

 第四步电流检测路径

      为了避免干扰噪声引起精度下降，电流模式开关调节器的电流检测路径布局必须妥当。双通道应用尤其要更加重视.消除任何通道间串扰。
      双通道降压控制器ADP1850将低端MOSFET的导通电阻RDS(ON)用作控制环路架构的一部分。此架构在SWx 与PGNDx引脚之间检测流经低端MOSFET 的电流。一个通道中的地电流噪声可能会耦合到相邻通道中。因此，务必使SWx和PGNDx走线尽可能短，并将其放在靠近MOSFET的地方．以便精确检测电流。到SWx和PGNDx节点的连接务必采用开尔文检测技术．

第五部，栅极驱动器路径

     极驱动走线(DH和DL)也要处理高 ol/ot，往往会产生响铃振荡和过冲。这些走线应尽可能短。最好直接布线．避免使用馈通过孔。如果必须使用过孔，则每条走线应使用两个过孔.以降低峰值电流密度和寄生电感。
    在DH或DL引脚上串联一个小电阻(约20至40)可以减慢栅极驱动，从而也能降低栅极噪声和过冲。另外，BST 与SW引脚之间也可以连接一个电阻(参见图6)。在布局期间用00栅极电阻保留空间，可以提高日后进行评估的灵活性。增加的栅极电阻会延长栅极电荷上升和下降时间，导致MOSFET的开关功率损耗提高。

小结

提示：这里可以添加总结

        了解电流路径．其敏感性以及适当的器件放置．是消除PCB布局设计噪声问题的关键。ADI公司的所有电源器件评估板都采用上述布局布线指导原则来实现最佳性能。评估板文件UG-204和UG-205详细说明了ADP1850相关的布局布线情况。注意，所有开关电源都具有相同的元件和相似的电流路径敏感性。因此．以针对电流模式降压调节器的ADP1850为例说明的指导原则同样适用于电压模式和/或升压开关调节器的布局布线。