降压DC-DC电路的布线规则

降压DC-DC电路的布线规则

降压DC-DC电路的布线规则分析

随着电子产品越来越深入家庭、商业和军用，芯片也在不断升级优化，越来越多的降压DC-DC芯片使用在各个方面和领域。由于电路中存在电感，MOS，二极管等开关器件，同时PCB上的走线存在寄生电感，寄生电容等参数，在开关器件工作的时候，不合理的布局和布线，会引起开关高频的干扰、电参数特性的失衡和器件不可逆的损伤等，表现出输出电压波动大、动态特性负载变差、纹波变化大、系统工作状态不稳定和芯片失效等。
在芯片和方案选定后，如何做到性能参数的更优化、系统更稳定，首先就是产品的布局和布线，也是较基础的、成本较低的。那降压DC-DC芯片应用基本的布线规则有哪几点呢？

1、输入电容的布局和布线：

对任何DC-DC线路，输入电容是芯片的可靠性和稳定性至关重要的器件。在PCB板上放置了芯片后，首要就是放置输入电容布局，这样在布局和布线的过程中就不会被其他的元器件干扰，导致输入电容离芯片远了。

输入线、输入端子和输入IC的Vin和GND引脚都有寄生的电感和电容参数，由于寄生电感的产生，电源工作中的开关器件引起电压电流的变化会产生尖峰电压V=L*di/dt，所以输入电容布局和布线对尖峰电压的大小有很大的影响。

输入电容除了为芯片提供瞬态大电流，去掉或者使用RMS电流不足的电容会出现芯片工作不正常，甚至损坏芯片，在输出满载的情况下，开关冲击可能直接击穿电源模块，输入电容可使用插件Low ESR电解电容、贴片铝电解电容、胆电容、固态电容等材质电容，较小的RMS电流需要满足，由于贴片陶瓷电容的RMS电流较小，若仅使用瓷片电容，输入冲击电压会达到输入电压的3-4倍，可能会超出芯片Vin脚的耐压，所以建议输入电容加电解电容，并且加个贴片0.1uF的去耦电容。

输入电容布局要和芯片在同一层，并且采用走线短、走线粗的方法，贴近芯片的引脚较好，特别是0.1uF的去耦电容。

以我司OC5860为例，输入电容的PCB走线如下图1：

2、电感和续流二极管的布局和布线：

在降压DC-DC线路中，MOS管关闭后的续流回路由续流二极管、电感组成的回路完成，此二极管和电感的布局和布线在电路中尤为重要，仅次于输入电容。由于二极管和电感的电压和电流以高速的开关频率在波动，在电路中产生的EMI干扰较大。为了有效的降低EMI，要减少开关电流回路长路、缩短大电流回路面积，并且大电流走线粗且短，尽量不换层，还可在二极管上并联电容C3吸收，降低开关的上升和下降速度，如下图2。

续流二极管阳极要靠近输入电容的负极，同时二极管的阴极要靠近SW节点，降低电流回路的长度，缩小开关回路的面积大小，保证寄生参数的相对较小化。

电感不需要跟放置输入电容一样距离IC那么近，以较小化开关节点的辐射噪声。增加铜面积是改善走线阻抗和散热处理，但是扩大铺铜的区域可以用作天线并且可以导致EMI的增加，所以有时需要衡量EMI和散热两者居中考虑。一般不建议电感下面铺地处理，接地层出现的涡流会导致电感的感量变小。

以我司OC5860为例，电感和续流二极管的PCB走线如下图3：

3、输出电容的布局和布线：

输出电容器为系统中连接至电源接地端的后器件，它所安放位置尽可能地缩短从电感器背部至电源接地的距离。输出电容器布局不当通常会引起不良的输出电压调节和动态负载特性变差等。

以我司OC5860为例，输出电容的PCB走线如下图4：

4、FB反馈电阻布局和布线：

DC-DC系统中FB反馈电阻也尤为重要，输出电压的精度、一致性、负载特性等都会和FB电阻的布局和布线有很大关系，为了避免FB脚捡拾到辐射带来的信号噪声，FB分压电阻应尽可能贴近IC的FB和GND两个引脚，并且反馈信号要远离开关器件的走线(电感、二极管、MOS、SW节点等)，同时用GND铺铜包络较佳。

同时此走线应从输出电容直达反馈电阻，为了减少噪声捡拾，需打个过孔与所有其他接线隔离开来。不要直接在顶层上进行 Vout引脚布线，并且此走线用GND包络较佳。

以我司OC5860为例，FB电阻的PCB走线如下图5：

5、多种接地处理：

需要为有噪声的功率组件设立一个接地点PGND，而为安静的小模拟信号地AGND组件保留一个单独的接地点，分开单点接地。在单个点上把这两个接地接合起来。这个点通常是位于输入电容的负极位置下方的裸露焊盘。若芯片底部有散热焊盘，则此接地点要改为芯片底部散热焊盘位置。

若电路中还存在数字信号地，则数字信号地也要和功率地和模拟信号地分开，总之三个地线采用单点接地，地和地之间可串联磁珠或者小电阻，抑制相互之间的干扰。

在采用多层印制板时，可通过用地层做隔离和屏蔽作用，达到更加优越的散热和接地效果。

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