開關(guān)型調(diào)節(jié)器的電路板布局技術(shù)

干擾是如何產(chǎn)生的呢?有三個(gè)途徑：首先，如上所述，如果功率電路的接地返回電流流經(jīng)調(diào)節(jié)器模擬電路的部分地回路或全部地回路，由于地回路的寄生電阻、電感，該電流將在這部分地通道上產(chǎn)生開關(guān)噪聲。地回路的噪聲會(huì)降低穩(wěn)壓輸出精度，這個(gè)電流還可能干擾同一電路板的其它敏感電路。其次，與地回路類似，電池或電源正端的開關(guān)噪聲還可能耦合至用同一電源供電的其它元件。包括控制芯片，使基準(zhǔn)電壓發(fā)生抖動(dòng)。若輸入旁路電容兩端的電壓不穩(wěn)定，在控制器的電源引腳前加一級(jí)R/C濾波器有助于穩(wěn)定其供電電壓。最后，交流電流流經(jīng)的環(huán)路面積越大，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也越強(qiáng)，產(chǎn)生干擾的幾率也大大增加。將輸入旁路電容緊靠功率電路安裝可以縮小環(huán)路面積，從而降低產(chǎn)生干擾的可能性。

如果輸出端的兩個(gè)分壓電阻布局不合理，噪聲也會(huì)引發(fā)其它問題。將這兩個(gè)電阻靠近控制器的FB引腳放置，可以保證得到一個(gè)對(duì)噪聲相對(duì)不敏感的電壓反饋控制環(huán)路。這種布局可以使電阻分壓器中點(diǎn)至開關(guān)調(diào)節(jié)器的FB引腳的引線最短。這是非常必要的，因?yàn)殡娮璺謮浩髦悬c(diǎn)和控制器FB引腳的內(nèi)部比較器輸入都為高阻抗，連接二者的引線易于耦合(主要通過容性耦合)開關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲。當(dāng)然，必要的話，可以考慮延長電阻分壓器與輸出端相連的引線，以及電阻分壓器與輸出電容地端相連的引線，開關(guān)型調(diào)節(jié)器的低輸出阻抗可抑制這些引線上的耦合噪聲。

將寄生電容和寄生電感減至最小找出圖1電路中電壓發(fā)生快速變化的節(jié)點(diǎn)，也就找出了需要將寄生電容減至最小的位置，這是因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒苘S變。在該電路中僅有一個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)，即由功率電感、二極管和MOSFET連接形成的節(jié)點(diǎn)。開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的電壓接近地電位;開關(guān)關(guān)閉時(shí)，該節(jié)點(diǎn)電壓攀升至比輸出電壓高出一個(gè)二極管壓降的電平。須確保電路板的走線使該節(jié)點(diǎn)的寄生電容最小，若寄生電容減緩了該節(jié)點(diǎn)的電壓瞬變，調(diào)節(jié)器的效率將受到一定損失。保持該節(jié)點(diǎn)較小的尺寸不但有助于減小寄生電容，還可降低EMI輻射。不能犧牲布線寬度來縮小該節(jié)點(diǎn)的尺寸，相反，應(yīng)該采用短而寬的走線。

找出具有快速變化電流的分支，也就找到了需要將寄生電感減至最小的支路。電感電流不能發(fā)生躍變，當(dāng)電感電流快速變化時(shí)，電感兩端的電壓將產(chǎn)生毛刺和振鈴，從而導(dǎo)致潛在的EMI問題。而且，該振鈴電壓的幅度有可能非常高，以至于損壞電路元件。

圖3顯示了電路的三個(gè)支路電流波形，電流I1不會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)樗韵鄬?duì)平緩的方式變化，另外，該支路已經(jīng)具備了一個(gè)大電感，也就是L1。與MOSFET串聯(lián)的寄生電感則會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)殡娏鱅3有突變。該串聯(lián)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(jīng)CIN的電流并未躍變，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(guān)閉時(shí)，環(huán)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(guān)調(diào)節(jié)器各個(gè)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(dāng)考慮負(fù)載通路上的感抗是否會(huì)造成問題時(shí)，應(yīng)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(duì)穩(wěn)定。這意味著流過負(fù)載的電流不會(huì)變化太大，因此其等效串聯(lián)電感并不重要—除非負(fù)載本身動(dòng)態(tài)變化。

創(chuàng)建切實(shí)可行的電路板布局有很多種方法可以處理開關(guān)電源的接地，一種方法是為所有的接地電路提供一個(gè)單獨(dú)的地層—這種方法可能不會(huì)運(yùn)行在很好的狀態(tài)下。采用這種方法時(shí)，電路的功率地電流可能流經(jīng)電阻分壓器、控制器特定引腳的旁路電容以及控制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(dòng)。

也許最好的方法是創(chuàng)建兩個(gè)單獨(dú)的地層—一個(gè)用于功率電路，另一個(gè)用于調(diào)節(jié)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。

模擬地部分為控制器的模擬地引腳、電阻分壓器的地端和控制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(gè)平面，可以使用較寬的長引線，因?yàn)槠潆娏鞣浅Ｎ⑷醪⑶蚁鄬?duì)穩(wěn)定，引線電阻和電感不再是重要因素。

按照?qǐng)D4a所示連接控制器的AGND引腳和PGND引腳，在這些引腳之間連接兩個(gè)地可以確保模擬地內(nèi)沒有開關(guān)電流，AGND、PGND之間的連線可以相對(duì)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(shù)控制器仍然要求兩個(gè)地引腳(AGND和PGND)直接連接(這是因?yàn)镃OUT的地和PGND之間總會(huì)存在一定的阻抗，若AGND和 COUT的地直接相連，負(fù)載電流在該阻抗上產(chǎn)生的壓降會(huì)達(dá)到足以讓AGND和PGND之間的二極管導(dǎo)通電壓，造成嚴(yán)重后果)。在PGND和COUT之間使用短而寬的引線，可以使反饋電阻和控制器內(nèi)部基準(zhǔn)共用相同的地電位，與調(diào)節(jié)器的輸出端的參考地相同。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檩敵鲭妷菏怯蛇@些元件設(shè)置控制的。