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PCB 布局注意事项

1、简介

PCB 布局和参考回流路径的设计在任何电路的 EMC 性能中都起着至关重要的作用。这对于电源转换电路尤其重要。在电路设计中,很容易将注意力集中在电源和信号走线的连接上,而忽略了电路的电流返回路径。在单层和两层板设计中,由于空间受限,设计好参考回流路径具有一定的挑战性。因此设计初期理解和将回流路径可视化成为重要的一个环节,通过将回流路径可视化,辅助设计和控制整个回路区域。与元件或过孔的寄生电感相比,电路完整环路设计往往更为重要。

可视化回流路径可以直观得看到整个信号或者电源的工作区域,从而找到减少回路感抗和高频阻抗的方法。在单层PCB设计时,我们没有完整的地返回平面,有时这就需要引用额外的去耦电容或者 “飞线”,以便减少回路面积。图1为一个飞线的例子。

图 1:使用跳线的 GND 拼接示例

在两层板中,相对于单层板具有更多的优势,因为层与层之间走线可以由过孔连接,并优化回路面积。在单层和两层 PCB 中接地的连续性很重要,不仅可减少辐射发射,还能提高抗干扰能力。图 2 显示了在顶层和底层通过过孔连接GND,并改善回流路径的示例。

图 2

有时在做PCB设计的时候会建议割地处理(例如模拟和数字地),但根据我们的经验,这样做总会导致EMC问题的增加。

2. 可视化完整的回流路径

在设计过程中,我们建议将所有电源和信号路径的正向和返回电流分三步绘制。步骤 1:在电气原理图本身上绘制这些完整的路径(回路)。第二步:在PCB板布局上画出这些完整的路径(回路)。步骤 3:最小和优化 PCB 布局中的环路面积(和不连续性)。

在讨论的 DC-DC 电路设计过程中,参考回路设计一直是关注的重点。如图 3 所示, 一款DC-DC降压电路的原理图和布局。图 3a:原理图。图 3b:PCB布局。

图 3: a) 原理图 b) PCB布局

这是一块两层电源板,所有电源和信号走线都在顶层布线,底层为完整的参考地平面。第二层上的参考地平面给高频电流提供理想的回流路径。如果完整参考地平面,电路板上的滤波效果会大打折扣,并且会使参考环路面积增加。

参考如图4。电流的正向路径为ABCD ,电流返回路径为EFG 。

图 4:PCB 的输出滤波部分

在直流或低频(低于100kHz ),电流沿着阻值最小的路径返回源端。在较高频率下,回流信号走感抗最小路径。该感抗由电流的正向和返回路径所形成的环路决定。当回流路径直接位于电流正向路径下方时,此时整个环路感抗最小。这意味着在完整的接地平面中,电流会直接在正向路径下方流动,如图 4 所示。

接下来,让我们看看图 5 所示。

图 5:DC-DC 滤波电路PCB

如图所示,我们假设电流路径从 U1(DC-DC芯片) 的 Vin 开始。在这种情况下,高频电流有多个可能的返回路径。最明显有三个路径,通过 C7、C8 或 C9,分别用紫色、绿色和蓝色线条绘制出来,噪声会选择合适环路也可能随频率而变化。例如,100MHz 的噪声可能会选择通过较小容值的C9回流,而较低频率的噪声(例如 500kHz)可能会选择通过较大的容值的 C7 或 C8回流。

为了减少了电流环路面积,并有助于减少开关电源的辐射和传导发射,有以下是几个 EMC 经验法则:

1. 在可能的情况下,在信号层底下保持完整的参考平面

2. 将去耦和旁路电容尽可能靠近 IC 引脚放置。

3. 确保短连接并通过与参考地 (GND) 引脚相邻的连接提供足够的参考,以确保低阻抗路径(最小环路面积)。

4. 将所有高 di/dt 元件放置在 PCB 的同一层并靠近放置。

5. 在内部开关和续流二极管之间放置RC吸收电路,且吸收电路走线尽量短。

6. 在开关元件(IC、电感等)下方铺设完整参考平面。返回搜狐,查看更多

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