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2.5 過(guò)孔放置不應(yīng)破壞高頻交流電流在地層上路徑。

　　許多PCB設(shè)計(jì)人員喜歡在多層PCB上放置很多過(guò)孔(VIAS)。但是必須避免在高頻交流電流返回路徑上放置過(guò)多過(guò)孔。否則，地層上高頻交流電流走線會(huì)遭到破壞。如果必須在高頻交流電流路徑上放置一些過(guò)孔的話，過(guò)孔之間可以留出一些空間讓高頻交流電流順利通過(guò)。圖5(a)顯示了過(guò)孔放置方式。

　　設(shè)計(jì)者同時(shí)應(yīng)注意不同焊盤(pán)的形狀會(huì)產(chǎn)生不同的串聯(lián)電感。圖5(b)顯示了幾種焊盤(pán)形狀的串聯(lián)電感值。

　　旁路電容(Decouple)的放置也要考慮到它的串聯(lián)電感值。旁路電容必須是低阻抗和低ESL的瓷片電容。但如果一個(gè)高品質(zhì)瓷片電容在PCB上放置的方式不對(duì)，它的高頻濾波功能也就消失了。圖5(c)顯示了旁路電容正確和錯(cuò)誤的放置方式。

2.6 電源直流輸出

　　許多開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載遠(yuǎn)離電源的輸出端口。為了避免輸出走線受到電源自身或周邊電子器件所產(chǎn)生的電磁波干擾，輸出電源走線必須像圖6中那樣靠得很近。輸出電流環(huán)路的面積也必須減小。

2.7 系統(tǒng)板上不同電路需要不同接地層。不同電路的接地層通過(guò)單點(diǎn)與電源接地層相連接。

　　新一代電子產(chǎn)品系統(tǒng)板上會(huì)同時(shí)有模擬電路(Analog)、數(shù)字電路(0igital)及開(kāi)關(guān)電源電路。為了減小開(kāi)關(guān)電源噪音對(duì)敏感的模擬和數(shù)字電路的影響，通常需要分隔不同電路的接地層。如果選用多層PCB，不同電路的接地層可由不同PCB板層來(lái)分隔。如果整個(gè)產(chǎn)品只有一層接地層，則必須像圖7中那樣在單層中分隔。無(wú)論是在多層PCB上進(jìn)行地層分隔或是在單層PCB上進(jìn)行地層分隔，不同電路的地層都應(yīng)該通過(guò)單點(diǎn)與開(kāi)關(guān)電源的接地相連接。

 

三、開(kāi)關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)則應(yīng)用舉例

　　回到圖8(a)的開(kāi)關(guān)電源原理圖；通常首先需要知道電源高頻交流電流的路徑，并能夠區(qū)分小信號(hào)控制電路和功率電路元器件及其走線。圖8(a)將傳統(tǒng)電源原理圖(即，沒(méi)有粗黑線的電路圖)區(qū)分成控制電路部分和功率電路部分。一般來(lái)講，電源的功率電路主要包括輸入濾波電容，輸出濾波電容，濾波電感，上下端功率場(chǎng)效應(yīng)管。控制電路主要包括PWM控制芯片，旁路電容，自舉電路，反饋分壓電阻，反饋補(bǔ)償電路。

3.1 電源功率電路PCB設(shè)計(jì)

　　電源功率器件在PCB上正確的放置和走線將決定整個(gè)電源工作是否正常。設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)開(kāi)關(guān)電源功率器件上的電壓和電流的波形有一定的了解。圖8(b)更進(jìn)一步顯示一個(gè)降壓式開(kāi)關(guān)電源功率電路元器件上的電流和電壓波形。由于從輸入濾波電容(CIN)，上端場(chǎng)效應(yīng)管(Q1)和下端場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)中所流過(guò)的電流是帶有高頻率和高峰值的交流電流，所以由CIN-Q1-Q2所形成的環(huán)路面積要盡量減小。同時(shí)由下端場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)，電感(L)，和輸出濾波電容(Cout)所組成的環(huán)路面積也需要盡量減小。

　　如果未按照上述PCB設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)則的要點(diǎn)來(lái)制作功率電路PCB，很可能制作出有許多錯(cuò)誤的電源。

　　其錯(cuò)誤可能有如下幾點(diǎn)：第一，由于輸入濾波電容(CIN)有很大的串聯(lián)電感(ESL)，CIN的高頻濾波能力基本上消失。第二，CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout環(huán)路的面積太大，所產(chǎn)生的電磁噪音會(huì)對(duì)電源本身和周邊電路造成很大影響。第三，濾波電感(L)的焊盤(pán)靠得太近，造成等效并聯(lián)電容(CP) 太大而降低了它的高頻濾波功能。第四，輸出濾波電容(Cout)焊盤(pán)引線太長(zhǎng)，造成等效串聯(lián)電感(ESL) 太大而失去了它的高頻濾波功能。

　　圖8(c)是一個(gè)比較好的電源功率電路PCB走線。CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout 環(huán)路的面積已控制得最小。上端場(chǎng)效應(yīng)管(Q)的源極，下端場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的漏極和輸出電感(L)之間的連接點(diǎn)是一整塊銅片焊盤(pán)。由于該連接點(diǎn)上的電壓是高頻和交流，Q1和Q2和L需要靠得非常近。雖然輸出濾波電感(L)和輸出濾波電容(Cout)之間的走線上沒(méi)有高峰值的高頻交流電流，但比較寬的走線可以降低直流阻抗的損耗使電源的效率得到提高。如果成本上允許，電源可用一面完全是接地層的雙面PCB。但必須注意在地層上盡量避免走功率和信號(hào)線。在電源的輸入和輸出端口還各增加了一個(gè)瓷片電容器來(lái)改善電源的高頻濾波性。

3.2 電源控制電路PCB設(shè)計(jì)

　　電源控制電路PCB設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)則應(yīng)該控制芯片至上端和下端場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)電路環(huán)路要盡量短。

　　電源控制電路PCB設(shè)計(jì)也是非常重要。不合理的排版會(huì)造成電源輸出電壓的漂移和振蕩。控制線路應(yīng)放置在功率電路的邊上，絕對(duì)不能放在高頻交流環(huán)路的中間。旁路電容要盡量靠近芯片的Vcc和接地腳(GND)。反饋分壓電阻最好也放置在芯片附近。芯片驅(qū)動(dòng)至場(chǎng)效應(yīng)管的環(huán)路也要盡量減短。

 

四、結(jié)束語(yǔ)

　　上述開(kāi)關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)的排版技術(shù)規(guī)則7個(gè)要點(diǎn)應(yīng)在實(shí)踐中逐步掌握與應(yīng)用，使所設(shè)計(jì)的便攜式開(kāi)關(guān)電源的高質(zhì)量符合便攜式電子系統(tǒng)的指標(biāo)。