2.5 過孔放置不應破壞高頻交流電流在地層上路徑。
許多
PCB設計人員喜歡在多層PCB上放置很多過孔(VIAS)。但是必須避免在高頻交流電流返回路徑上放置過多過孔。否則，地層上高頻交流電流走線會遭到破壞。如果必須在高頻交流電流路徑上放置一些過孔的話，過孔之間可以留出一些空間讓高頻交流電流順利通過。圖5(a)顯示了過孔放置方式。
設計者同時應注意不同焊盤的形狀會產生不同的串聯電感。圖5(b)顯示了幾種焊盤形狀的串聯電感值。
旁路電容(Decouple)的放置也要考慮到它的串聯電感值。旁路電容必須是低阻抗和低ESL的瓷片電容。但如果一個高品質瓷片電容在PCB上放置的方式不對，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誤的放置方式。
2.6 電源直流輸出
許多開關電源的負載遠離電源的輸出端口。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。輸出電流環路的面積也必須減小。
2.7 系統板上不同電路需要不同接地層。不同電路的接地層通過單點與電源接地層相連接。
新一代電子產品系統板上會同時有模擬電路(Analog)、數字電路(0igital)及開關電源電路。為了減小開關電源噪音對敏感的模擬和數字電路的影響，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板層來分隔。如果整個產品只有一層接地層，則必須像圖7中那樣在單層中分隔。無論是在多層PCB上進行地層分隔或是在單層PCB上進行地層分隔，不同電路的地層都應該通過單點與開關電源的接地相連接。
三、開關電源PCB設計技術規則應用舉例
回到圖8(a)的開關電源原理圖；通常首先需要知道電源高頻交流電流的路徑，并能夠區分小信號控制電路和功率電路元器件及其走線。圖8(a)將傳統電源原理圖(即，沒有粗黑線的電路圖)區分成控制電路部分和功率電路部分。一般來講，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，上下端功率場效應管。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，反饋補償電路。
3.1 電源功率電路PCB設計
電源功率器件在PCB上正確的放置和走線將決定整個電源工作是否正常。設計人員首先要對開關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)更進一步顯示一個降壓式開關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)，上端場效應管(Q1)和下端場效應管(Q2)中所流過的電流是帶有高頻率和高峰值的交流電流，所以由CIN-Q1-Q2所形成的環路面積要盡量減小。同時由下端場效應管(Q2)，電感(L)，和輸出濾波電容(Cout)所組成的環路面積也需要盡量減小。
如果未按照上述PCB設計技術規則的要點來制作功率電路PCB，很可能制作出有許多錯誤的電源。
其錯誤可能有如下幾點：第一，由于輸入濾波電容(CIN)有很大的串聯電感(ESL)，CIN的高頻濾波能力基本上消失。第二，CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout環路的面積太大，所產生的電磁噪音會對電源本身和周邊電路造成很大影響。第三，濾波電感(L)的焊盤靠得太近，造成等效并聯電容(CP) 太大而降低了它的高頻濾波功能。第四，輸出濾波電容(Cout)焊盤引線太長，造成等效串聯電感(ESL) 太大而失去了它的高頻濾波功能。
圖8(c)是一個比較好的電源功率電路PCB走線。CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout 環路的面積已控制得最小。上端場效應管(Q)的源極，下端場效應管(Q2)的漏極和輸出電感(L)之間的連接點是一整塊銅片焊盤。由于該連接點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線。在電源的輸入和輸出端口還各增加了一個瓷片電容器來改善電源的高頻濾波性。
3.2 電源控制電路PCB設計
電源控制電路PCB設計技術規則應該控制芯片至上端和下端場效應管的驅動電路環路要盡量短。
電源控制電路PCB設計也是非常重要。不合理的排版會造成電源輸出電壓的漂移和振蕩。控制線路應放置在功率電路的邊上，絕對不能放在高頻交流環路的中間。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。芯片驅動至場效應管的環路也要盡量減短。
四、結束語
上述開關電源PCB設計的排版技術規則7個要點應在實踐中逐步掌握與應用，使所設計的便攜式開關電源的高質量符合便攜式電子系統的指標。
深圳宏力捷推薦服務：PCB設計打樣 | PCB抄板打樣 | PCB打樣&批量生產 | PCBA代工代料
簡體中文
English
