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DC-DC芯片应用设计中的PCB Layout
发布时间：2022/7/12 10:35:00 来源：永阜康科技
在DC-DC芯片的应用设计中，PCB布板是否合理对于芯片能否表现出其最优性能有着至关重要的影响。不合理的PCB布板会造成芯片性能变差如线性度下降（包括输入线性度以及输出线性度）、带载能力下降、工作不稳定、EMI辐射增加、输出噪声增加等，更严重的可能会直接造成芯片损坏。
一般DC-DC芯片的使用手册中都会有其对应的PCB布板设计要求以及布板示意图，本次我们就以同步BUCK芯片为例简单讲一讲关于DC-DC芯片应用设计中的PCB Layout设计要点。
1、关注芯片工作的大电流路径
DC-DC芯片布板需遵循一个非常重要的原则，即开关大电流环路面积尽可能小。下图所示的BUCK拓补结构中可以看到芯片开关过程中存在两个大电流环路。红色为输入环路，绿色为输出环路。每一个电流环都可看作是一个环路天线，会对外辐射能量，引起EMI问题，辐射的大小与环路面积呈正比。
（注意：当芯片引脚设置不足以让我们同时兼顾输入环路与输出环路最小时，对于BUCK而言，应优先考虑输入部分回路布线最优化。因为输出回路中电流是连续的，而输入回路中电流是跳变的，会产生较大的di/dt，会引起EMI问题的可能性更高。如果是BOOST芯片，则应优先考虑输出回路布线最优化。）
2、输入电容的配置
- 对于BUCK芯片而言，要想使输入环路尽可能小，输入电容应尽可能靠近芯片引脚放置
- 为了让电容滤波效果更好，让电源先经过输入电容，再进入芯片内部
- CIN 使用的大容量电容器，一般情况下频率特性差，所以要与 CIN 并联频率特性好的高频率去耦电容器 CBYPASS
- 电流容量小的电源（IO≤1A）场合，容量值也变小，所以有时可用1个陶瓷电容器兼具CIN 和 CBYPASS 功能
3、电感的配置
- 对于BUCK芯片而言，要想使输入环路尽可能小，电感要靠近芯片SW引脚放置
- 以覆铜方式走线减小寄生电感、电阻
- SW节点要以最小面积处理大电流，防止铜箔面积变大会起到天线的作用，使 EMI 增加
- 电感附近不要走敏感信号线
- 自举电路这一块，自举电路要尽量去靠近 SW pin 脚来缩短整个高频的流通路径
附上温升10℃时，PCB板的线宽、覆铜厚度与通过电流的对应关系供参考。
4、输出电容的配置
- 降压转换器中，由于向输出串联接入电感器，所以输出电流平滑
- 输出电容靠近电感放置
5、反馈路径的布线
- 通常FB反馈网络处的分压电阻都采用K级，10K级或上百K的阻值，阻值越大，越容易受干扰，应远离各种噪声源如电感、SW、续流二极管等
- FB、COMP脚的信号地尽可能地与走大电流的功率地隔离开，然后进行单点相连，尽量不要让大电流信号的地 去干扰到小信号电流的地
- FB的分压电阻要从VOUT上进行采样，采样点要靠近输出电容处才能获得更准确的实际输出电压值
接着上次的讲
6、适当增加散热焊盘及过孔辅助散热
- 对于采用自带散热片封装形式的大电流的芯片，我们要适当增加散热焊盘以及过孔来辅助散热。
- 一般情况下，散热片都在芯片内部与地进行电气相连，所以过孔的作用就是将芯片的地连接到整个主板的地层上去，利用更大面积的地层覆铜来辅助散热。
7、拐角布线
- 如果将拐角布线弯成直角，转角处的阻抗就会发生变化
- 因此电流波形混乱引起反射
- 开关节点等频率高的布线导致EMI 恶化
- 转角弯曲成 45°和圆弧
- 弯曲的半径越大阻抗变化越小
8、布线步骤汇总完成
√ 关注芯片工作过程中的大电流环路，使其环路面积尽可能小。BUCK芯片尤其关注其输入环路，BOOST芯片尤其关注其输出环路
√ 输入电容靠近芯片引脚放置
√ 开关节点SW用最小面积处理大电流
√ 输出电容靠近电感放置
√ 反馈路径要远离电感和二极管等噪音源进行布线
√ 拐角布线要弯曲
9、PCB layout 示例
LC2633 (28V, 3A, 500KHz 同步降压芯片)
•最大输入电压28V
•输出电流最大3A
•0.8VFB
•3μA关断电流
•限流保护
•过热保护
•输入欠压保护
•短路保护
•ESOP-8封装
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