開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中PCB設(shè)計(jì)規(guī)范技術(shù)總結(jié)

　　在電源設(shè)計(jì)與制作中，PCB的設(shè)計(jì)與制作都是至關(guān)重要的。在任何開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，PCB可能會(huì)造成很多的問題。筆者根據(jù)多年的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尤其總結(jié)了電源設(shè)計(jì)制作的經(jīng)驗(yàn)，以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析。

　　設(shè)計(jì)流程

　　從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程為：建立元件參數(shù)→輸入原理網(wǎng)表→設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置→手工布局→手工布線→驗(yàn)證設(shè)計(jì)→復(fù)查→CAM輸出。

　　圖1　設(shè)計(jì)流程

　　電氣安全要求

　　相鄰導(dǎo)線的間距必須能滿足電氣安全要求，最小間距至少要能適合承受的電壓，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距要盡量地寬。在布線密度較低時(shí)，信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?。?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線則要盡可能地加大間距，一般為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時(shí)的焊盤缺損。當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而且走線與焊盤不易斷開。

　　元器件布局

　　元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近，則會(huì)造成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意采用正確的方法。

　　每一個(gè)開關(guān)電源都有四個(gè)電流回路：電源開關(guān)交流回路，輸出整流交流回路，輸入信號(hào)源電流回路，輸出負(fù)載電流回路。輸入回路通過一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電，濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能作用；類似地，輸出濾波電容也用來儲(chǔ)存來自輸出整流器的高頻能量，同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的直流能量。所以，輸入及輸出電流回路應(yīng)只從濾波電容的接線端連接到電源；如果輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連，交流能量將經(jīng)由輸入或輸出濾波電容而輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)大于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過渡時(shí)間通常約為50ns。這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其他印制線布線之前先布好這些交流回路。每個(gè)回路的濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置，使它們之間的電流路徑盡可能短。建立開關(guān)電源布局的最佳設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

　　圖2　布局設(shè)計(jì)流程

　　對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：

　　● PCB尺寸過大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪能力下降，成本也增加；過小則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。電路板的最佳形狀為矩形，長(zhǎng)寬比為3:2或4:3，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。

　　● 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集。

　　● 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接, 去耦電容則盡量靠近器件的VCC。

　　● 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

　　● 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的傳輸方向。

　　● 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起。

　　● 盡可能地減小環(huán)路面積，以抑制開關(guān)電源的輻射干擾。

　　高頻處理

　　印制線的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗，進(jìn)而影響頻率響應(yīng)。即使是通過直流信號(hào)的印制線也會(huì)從鄰近的印制線耦合到射頻信號(hào)并造成電路問題(甚至再次輻射出干擾信號(hào))。因此應(yīng)將所有通過交流電流的印制線設(shè)計(jì)得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印制線和其他電源線的元器件放置得很近。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。接地是開關(guān)電源四個(gè)電流回路的底層支路，作為電路的公共參考點(diǎn)起著很重要的作用，是控制干擾的重要因素。因此，在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線的放置，將各種接地混合會(huì)造成電源工作不穩(wěn)定。在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

　　1 正確選擇單點(diǎn)接地

　　通常，濾波電容公共端應(yīng)是其他的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn)，同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上?？刹捎靡稽c(diǎn)接地，即將電源開關(guān)電流回路中的幾個(gè)器件的地線都連到接地腳上，輸出整流器電流回路的幾個(gè)器件的地線接到相應(yīng)的濾波電容的接地腳上，這樣電源工作較穩(wěn)定，不易自激。做不到單點(diǎn)時(shí)，在共地處接兩個(gè)二極管或一小電阻，或接在比較集中的一塊銅箔處就可以。

　　2 盡量加粗接地線

　　若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，因此要確保每一個(gè)大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm，也可用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。

　　全局布線的考慮

　　從焊接面看，元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致。

　　設(shè)計(jì)布線圖時(shí)，走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線拐角應(yīng)≥90°，力求線條簡(jiǎn)單明了。

　　印刷電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去。如果電路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。

　　檢查與復(fù)查

　　布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求。一般檢查線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。電源線和地線的寬度是否合適，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

　　復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置，還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。