當dang考kao慮lv怎zen樣yang才cai能neng最zui好hao地di為wei開kai關guan電dian源yuan設she計ji電dian路lu板ban時shi，最zui好hao首shou先xian考kao慮lv一yi下xia它ta的de最zui終zhong目mu的de，即ji提ti供gong一yi個ge特te定ding數shu值zhi的de穩wen定ding電dian壓ya。有you經jing驗yan的de設she計ji人ren員yuan會hui謹jin慎shen考kao慮lv電dian路lu的de接jie地di方fang法fa，從cong而er獲huo得de穩wen定ding的de電dian壓ya。他ta們men知zhi道dao很hen難nan獲huo得de完wan美mei的de接jie地di方fang案an—因為這不僅僅是接地問題，任何接地工作都會直接影響到電路的性能
，設計人員還要特別注意各種穩壓元件的位置。

 

 

rangmeiyoujingyandegongchengshijiandandihuasantiaoduanxianbiaoshijiedikenengshiyigewuqu，zhegefuhaohuigeichuxuezheyizhongcuojiao，jiandanrenweijiedishiyizhonglixiangqingkuang。ruguoyongyitiaojiaochangdeyinxianbadianludegezhongyuanqijianlianjiedaodianyuanhuodianchidefuduan，ninkenengcongzhijiaoshangyishidaozhetiaodixianbingfeilixiangdejiedi。zhetiaoyinxianbiaomingdianliutongguodicenghuodixiandedianzu
、電感流回電源，在這個過程中會產生相應的壓降。因此，接地回路不會穩定在一個理想的穩壓值—即通常所說的0V。

 

圖1所示boost轉換器說明了考慮接地的重要性，該調節器依靠控製器IC內部的基準電壓和兩個反饋電阻產生特定的輸出電壓。為了獲得正確的反饋從而得到正確的輸出電壓
，電壓基準
、電阻分壓器以及輸出電容必須處於同一電位。確切地說，控製器的模擬地引腳(電壓基準的地)和(he)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)器(qi)的(de)地(di)電(dian)位(wei)必(bi)須(xu)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)地(di)電(dian)位(wei)相(xiang)等(deng)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)接(jie)地(di)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)
，因(yin)為(wei)要(yao)求(qiu)穩(wen)壓(ya)器(qi)提(ti)供(gong)精(jing)確(que)電(dian)壓(ya)的(de)負(fu)載(zai)通(tong)常(chang)緊(jin)靠(kao)著(zhe)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)安(an)裝(zhuang)—這部分地是反饋電壓的參考端。

 

圖1. 升壓型開關轉換器的電路板布局設計原則同樣適用於其它拓撲的開關型調節器

 

lingyiyuanyinshikongzhiqixuyaojingquededianyafankui，weileshixianwudoudongdekaiguancaozuo，kongzhiqixuyaozaishuchudianyachuxianrenhejiaoliuganraoshinenggouchanshengyigezhunquedequyang，erzhegejingquedequyangshitongguofankuiwangluodedaode。

 

 

除了接地方案，合理的布局穩壓元件也很重要。例如
，控製器內部的電壓基準必須通過緊靠REF引腳安裝的電容旁路；基準電壓的噪聲會直接影響輸出電壓。同樣，該旁路電容的地端必須連接到低噪聲的參考地(與控製器的模擬地以及電阻分壓器的地端相連)
，遠離嘈雜的功率地。這個低噪聲參考地和嘈雜的功率地之間的隔離至關重要。

 

既然嘈雜的功率地和低噪聲參考地最終還是要連接到一起
，為何還必須將二者隔離呢? weilefangzhijiaodadekaiguandianliutongguomonixiaoxinhaodedihuilujinrudianchihuodianyuan，zheyangdegelishibixude。yidanchuxianzhezhongzhuangkuang

，minganxinhaodedihuiluzaodaoganrao；較大的開關電流流經地回路的電阻
、電感，使地回路的電平沿著路徑發生變化。

 

了解嘈雜的功率電路有助於找尋將它與其餘電路隔離開的最佳方法。圖2描述了調節器的功率電路
，包括兩條電流路徑：當MOSFET導通時，電流流過輸入回路；當MOSFET斷開時，電流流過輸出回路。將這兩個環路的元件相互靠近布局
，可以把大電流限製在調節器的功率電路部分(遠離低噪聲元件的地回路)。CIN、L1和Q1必須相互靠近放置
，CIN
、L1、D1和COUT也必須相互靠近。圖2特別指明了這兩個環路以及需要靠近安裝的元件。

 

圖2. 在(zai)為(wei)本(ben)圖(tu)所(suo)示(shi)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)的(de)元(yuan)件(jian)布(bu)板(ban)時(shi)，需(xu)要(yao)特(te)別(bie)謹(jin)慎(shen)。使(shi)用(yong)短(duan)且(qie)寬(kuan)的(de)引(yin)線(xian)實(shi)現(xian)如(ru)此(ci)密(mi)集(ji)的(de)布(bu)線(xian)，可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)
，減(jian)小(xiao)振(zhen)鈴(ling)，並(bing)可(ke)避(bi)免(mian)幹(gan)擾(rao)低(di)噪(zao)電(dian)路(lu)。

 

實shi際ji的de電dian路lu板ban布bu局ju需xu要yao一yi些xie折zhe中zhong考kao慮lv，特te別bie是shi在zai為wei上shang述shu兩liang個ge大da電dian流liu環huan路lu布bu局ju時shi。如ru果guo需xu要yao決jue定ding將jiang哪na些xie需xu要yao就jiu近jin安an裝zhuang的de元yuan件jian真zhen正zheng地di實shi現xian就jiu近jin安an裝zhuang，擇ze須xu確que定ding每mei個ge環huan路lu中zhong的de哪na些xie元yuan件jian有you不bu連lian續xu的de電dian流liu流liu過guo。就jiu近jin安an裝zhuang元yuan件jian可ke以yi最zui大da限xian度du地di減jian少shao寄ji生sheng電dian感gan，而er這zhe些xie具ju有you不bu連lian續xu電dian流liu的de元yuan件jian位wei置zhi對dui於yu減jian少shao寄ji生sheng電dian感gan非fei常chang重zhong要yao。請qing參can考kao將jiang寄ji生sheng電dian容rong和he寄ji生sheng電dian感gan減jian至zhi最zui小xiao。

 

 

不(bu)管(guan)是(shi)采(cai)用(yong)電(dian)池(chi)還(hai)是(shi)電(dian)源(yuan)為(wei)升(sheng)壓(ya)型(xing)開(kai)關(guan)調(tiao)節(jie)器(qi)供(gong)電(dian)
，電(dian)源(yuan)阻(zu)抗(kang)都(dou)不(bu)為(wei)零(ling)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)當(dang)調(tiao)節(jie)器(qi)從(cong)電(dian)源(yuan)汲(ji)取(qu)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)的(de)電(dian)流(liu)時(shi)
，電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)壓(ya)將(jiang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。為(wei)了(le)改(gai)善(shan)這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)，電(dian)路(lu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)在(zai)靠(kao)近(jin)上(shang)述(shu)兩(liang)個(ge)功(gong)率(lv)環(huan)路(lu)的(de)位(wei)置(zhi)安(an)裝(zhuang)了(le)輸(shu)入(ru)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)(有時使用兩個電容：一個陶瓷電容與一個有極性電容並聯)。這一舉措並非為了保持功率電路的電源穩定—jishidianyuandianyafashengbianhua
，gonglvdianluyenenghenhaogongzuo。raner，jiangpangludianrongkaojingonglvdianluanzhuangkeyixianzhidadianliuzhurugonglvdianlu

，bimianduidizaodianludeganrao。

 

幹擾是如何產生的呢?有三個途徑：首先，如上所述，如果功率電路的接地返回電流流經調節器模擬電路的部分地回路或全部地回路，由於地回路的寄生電阻
、diangan

，gaidianliujiangzaizhebufenditongdaoshangchanshengkaiguanzaosheng。dihuiludezaoshenghuijiangdiwenyashuchujingdu
，zhegedianliuhaikenengganraotongyidianlubandeqitamingandianlu。qici，yudihuiluleisi，dianchihuodianyuanzhengduandekaiguanzaoshenghaikenengouhezhiyongtongyidianyuangongdiandeqitayuanjian。baokuokongzhixinpian
，shijizhundianyafashengdoudong。ruoshurupangludianrongliangduandedianyabuwending，zaikongzhiqidedianyuanyinjiaoqianjiayijiR/C濾lv波bo器qi有you助zhu於yu穩wen定ding其qi供gong電dian電dian壓ya。最zui後hou
，交jiao流liu電dian流liu流liu經jing的de環huan路lu麵mian積ji越yue大da，所suo產chan生sheng的de磁ci場chang也ye越yue強qiang，產chan生sheng幹gan擾rao的de幾ji率lv也ye大da大da增zeng加jia。將jiang輸shu入ru旁pang路lu電dian容rong緊jin靠kao功gong率lv電dian路lu安an裝zhuang可ke以yi縮suo小xiao環huan路lu麵mian積ji，從cong而er降jiang低di產chan生sheng幹gan擾rao的de可ke能neng性xing。

 

如果輸出端的兩個分壓電阻布局不合理

，噪聲也會引發其它問題。將這兩個電阻靠近控製器的FB引腳放置，可以保證得到一個對噪聲相對不敏感的電壓反饋控製環路。這種布局可以使電阻分壓器中點至開關調節器的FB引腳的引線最短。這是非常必要的，因為電阻分壓器中點和控製器FB引腳的內部比較器輸入都為高阻抗
，連接二者的引線易於耦合(主要通過容性耦合)開kai關guan調tiao節jie器qi的de噪zao聲sheng。當dang然ran，必bi要yao的de話hua，可ke以yi考kao慮lv延yan長chang電dian阻zu分fen壓ya器qi與yu輸shu出chu端duan相xiang連lian的de引yin線xian，以yi及ji電dian阻zu分fen壓ya器qi與yu輸shu出chu電dian容rong地di端duan相xiang連lian的de引yin線xian，開kai關guan型xing調tiao節jie器qi的de低di輸shu出chu阻zu抗kang可ke抑yi製zhi這zhe些xie引yin線xian上shang的de耦ou合he噪zao聲sheng。

 

 

找出圖1電(dian)路(lu)中(zhong)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)的(de)節(jie)點(dian)
，也(ye)就(jiu)找(zhao)出(chu)了(le)需(xu)要(yao)將(jiang)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)減(jian)至(zhi)最(zui)小(xiao)的(de)位(wei)置(zhi)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)容(rong)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)不(bu)能(neng)躍(yue)變(bian)。在(zai)該(gai)電(dian)路(lu)中(zhong)僅(jin)有(you)一(yi)個(ge)這(zhe)樣(yang)的(de)節(jie)點(dian)
，即(ji)由(you)功(gong)率(lv)電(dian)感(gan)
、二極管和MOSFET連接形成的節點。開關導通時，該節點的電壓接近地電位；開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)時(shi)，該(gai)節(jie)點(dian)電(dian)壓(ya)攀(pan)升(sheng)至(zhi)比(bi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)高(gao)出(chu)一(yi)個(ge)二(er)極(ji)管(guan)壓(ya)降(jiang)的(de)電(dian)平(ping)。須(xu)確(que)保(bao)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)走(zou)線(xian)使(shi)該(gai)節(jie)點(dian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)最(zui)小(xiao)，若(ruo)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)減(jian)緩(huan)了(le)該(gai)節(jie)點(dian)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)變(bian)，調(tiao)節(jie)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)將(jiang)受(shou)到(dao)一(yi)定(ding)損(sun)失(shi)。保(bao)持(chi)該(gai)節(jie)點(dian)較(jiao)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun)不(bu)但(dan)有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)小(xiao)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)
，還(hai)可(ke)降(jiang)低(di)EMI輻射。不能犧牲布線寬度來縮小該節點的尺寸，相反，應該采用短而寬的走線。

 

找(zhao)出(chu)具(ju)有(you)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)電(dian)流(liu)的(de)分(fen)支(zhi)，也(ye)就(jiu)找(zhao)到(dao)了(le)需(xu)要(yao)將(jiang)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)減(jian)至(zhi)最(zui)小(xiao)的(de)支(zhi)路(lu)。電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)不(bu)能(neng)發(fa)生(sheng)躍(yue)變(bian)，當(dang)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)時(shi)，電(dian)感(gan)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)將(jiang)產(chan)生(sheng)毛(mao)刺(ci)和(he)振(zhen)鈴(ling)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)潛(qian)在(zai)的(de)EMI問題。而且，該振鈴電壓的幅度有可能非常高，以至於損壞電路元件。

 

圖3顯示了電路的三個支路電流波形，電流I1不會產生問題，因為它以相對平緩的方式變化，另外
，該支路已經具備了一個大電感
，也就是L1。與MOSFET串聯的寄生電感則會產生問題
，因為電流I3有突變。該串聯電感包括I3至CIN地端返回路徑的任何感抗：Q1引腳的寄生電感以及地回路自身的電感。注意流經CIN的電流並未躍變，而是和電感電流(I1)的交流部分相等(電池提供其直流部分)。MOSFET關閉時，環路的一部分同樣有快速變化的電流流過。該電流I2流過D1和COUT以及地回路的覆銅部分，因此，這些元件和地回路的寄生電感必須減至最小。

 

圖3. 開關調節器各個支路的電流波形，由此可以看出哪些部分需要將寄生電容減至最小。電流快速變化(也就是I2和I3)的支路要求感抗最小。

 

當考慮負載通路上的感抗是否會造成問題時
，應注意到輸出電容具有較大容值
，而且具有很低的ESR，電容兩端的電壓保持相對穩定。這意味著流過負載的電流不會變化太大，因此其等效串聯電感並不重要—除非負載本身動態變化。

 

 

有很多種方法可以處理開關電源的接地
，一種方法是為所有的接地電路提供一個單獨的地層—這種方法可能不會運行在很好的狀態下。采用這種方法時，電路的功率地電流可能流經電阻分壓器
、控製器特定引腳的旁路電容以及控製器的模擬地或是這三者的地回路
，從而造成它們的地電位抖動。

 

也許最好的方法是創建兩個單獨的地層—一個用於功率電路，另一個用於調節器的低噪聲模擬電路。參考圖4a，功率地包括輸入和輸出電容的地端以及MOSFET的源極，這些連線必須采用短而寬的引線
，確保功率電路的地線最寬、最短，可以降低感抗
、提高效率。

 

模擬地部分為控製器的模擬地引腳、電阻分壓器的地端和控製器任何特定引腳的旁路電容(輸入旁路電容CIN除外)的地端。該模擬地不必是一個平麵，可以使用較寬的長引線，因為其電流非常微弱並且相對穩定，引線電阻和電感不再是重要因素。

 

按照圖4a所示連接控製器的AGND引腳和PGND引腳

，在這些引腳之間連接兩個地可以確保模擬地內沒有開關電流
，AGND、PGND之間的連線可以相對較窄，幾乎沒有電流流過該路徑。盡管理想情況下AGND可以直接連接到COUT的地端
，多數控製器仍然要求兩個地引腳(AGND和PGND)直接連接(這是因為COUT的地和PGND之間總會存在一定的阻抗

，若AGND和 COUT的地直接相連，負載電流在該阻抗上產生的壓降會達到足以讓AGND和PGND之間的二極管導通電壓，造成嚴重後果)。在PGND和COUT之zhi間jian使shi用yong短duan而er寬kuan的de引yin線xian

，可ke以yi使shi反fan饋kui電dian阻zu和he控kong製zhi器qi內nei部bu基ji準zhun共gong用yong相xiang同tong的de地di電dian位wei，與yu調tiao節jie器qi的de輸shu出chu端duan的de參can考kao地di相xiang同tong。這zhe一yi點dian非fei常chang重zhong要yao，因yin為wei輸shu出chu電dian壓ya是shi由you這zhe些xie元yuan件jian設she置zhi控kong製zhi的de。

 

圖4使用不同的模擬和功率地隔離較大的功率地電流與低噪聲模擬地電流，從而保護低噪電流路徑。

 

圖4. 采用隔離的模擬和功率地隔離較大的功率地電流與低噪聲模擬地電流，從而保護低噪電流回路。

 

有時控製器的某些旁路電容既不能連接至模擬地也不能連接至功率地，其中一個例子是使用R/C濾波器旁路升壓開關調節器的V+引腳(如上所述)。這種情況下，該電容接地引腳對於模擬地來說太嘈雜；同時，對於該電容來說功率地的噪聲也太大。必須將這樣的電容地直接返回至AGND和PGND引腳之間的連線(若控製器僅提供一個接地引腳，直接連接至該引腳)。

 

最後，電路板的層數在PCB布(bu)局(ju)中(zhong)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。在(zai)多(duo)層(ceng)板(ban)上(shang)
，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)中(zhong)間(jian)層(ceng)作(zuo)為(wei)屏(ping)蔽(bi)。屏(ping)蔽(bi)層(ceng)允(yun)許(xu)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)底(di)層(ceng)放(fang)置(zhi)元(yuan)件(jian)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)幹(gan)擾(rao)的(de)機(ji)會(hui)。配(pei)合(he)使(shi)用(yong)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)時(shi)，將(jiang)功(gong)率(lv)元(yuan)件(jian)的(de)地(di)穿(chuan)越(yue)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)連(lian)接(jie)並(bing)非(fei)一(yi)個(ge)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)。相(xiang)反(fan)，應(ying)該(gai)將(jiang)它(ta)們(men)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)個(ge)隔(ge)離(li)的(de)、受限製區域，可以清晰地分辨出這些電流的流向以及它們的影響。

 

確保功率元件的地位於頂層，這種連接與電路板的層數無關；這(zhe)樣(yang)處(chu)理(li)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)在(zai)已(yi)知(zhi)的(de)路(lu)徑(jing)內(nei)，不(bu)會(hui)幹(gan)擾(rao)其(qi)它(ta)地(di)回(hui)路(lu)。若(ruo)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)點(dian)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)其(qi)它(ta)電(dian)路(lu)板(ban)層(ceng)的(de)隔(ge)離(li)覆(fu)銅(tong)區(qu)域(yu)和(he)過(guo)孔(kong)進(jin)行(xing)連(lian)接(jie)。對(dui)於(yu)每(mei)個(ge)接(jie)地(di)點(dian)，應(ying)使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)過(guo)孔(kong)並(bing)聯(lian)以(yi)降(jiang)低(di)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)感(gan)。

 

本文來源於Maxim。