精华：搞定开关电源PCB布线设计的八大要点

为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC／DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB排版就变得非常重要。根据经验总结了8点开关电源PCB排版的基本要点。

开关电源PCB布线的8个要点总结：

1)旁路瓷片电容器的电容不能太大，而它的寄生串联电感应尽量小，多个电容并联能改善电容的阻抗特性；
 
2)电感的寄生并联电容应尽量小，电感引脚焊盘之间的距离越远越好；

3)避免在地层上放置任何功率或信号走线；

4)高频环路的面积应尽可能减小；

5)过孔放置不应破坏高频电流在地层上的路径；

6)系统板上一小同电路需要不同接地层，小同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接；
 
7)控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短；
 
8)开关电源功率电路和控制信号电路元器件需要连接到小同的接地层，这二个地层一般都是通过单点相连接。

开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以，设计人员需要对开关电源PCB排版基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。下面将为大家详解。
 
开关电源PCB排版基本要点详解（挑选了几点，其余详解大家可详见：http://bbs.cntronics.com/thread-232232-1-1.html）

电容高频滤波特性

图1是电容器基本结构和高频等效模型。

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电容的基本公式是

式(1)显示，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。

图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。

当电容器工作频率接近fo时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。

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电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。

电源排版基本要点1：旁路瓷片电容器的电容不能太大，而它的寄生串联电感应尽量小，多个电容器并联能改善电容的高频阻抗特性。
 
图4显示了在一个PCB上输入电源(Vin)至负载(RL)的不同走线方式。为了降低滤波电容器(C)的ESL，其引线长度应尽量减短；而Vin。正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽量靠近。

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高频环路

开关电源中有许多由功率器件所组成的高频环路，如果对这△环路处婵得不好的话，就 会对电源的正常工作造成很大影响。为了减小高频路所产生的电磁波噪音，该环路的面积应该控制得非常小。如图l1(a)所示，高频电流环路面积很大，就会在环路的内部和外部产生很强的电磁于扰。同样的高频电流，当环路面积设计得非常小时，如图11(b)所示，环路内部和外部电磁场互相抵消，整个电路会变得非常安静。

 

电源排版基本要点4：高频环路的面积应尽可能减小。

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过孔和焊盘放置
 
许多设计人员喜欢在多层PCB卜放置很多过孔(VIAS)。但是，必须避免在高频电流返同路径上放置过多过。否则，地层上高频电流走线会遭到破坏。如果必须在高频电流路径上放置一些过孔的活，过孔之间可以留出一空间让高频电流顺利通过，图12显示了过孔放置方式。

 

电源排版基本要点5过孔放置不应破坏高频电流在地层上的流经。

设计者同时应注意不同焊盘的形状会产生不同的串联电感。下图显示了几种焊盘形状的串联电感值。

 

旁路电容(Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。旁路电容必须是低阻抗和低ESL乩的瓷片电容。但如果一个高品质瓷片电容在PCB上放置的方式不对，它的高频滤波功能也就消失了。下图显示了旁路电容正确和错误的放置方式。

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电源直流输出
 
许多开关电源的负载远离电源的输出端口。为了避免输出走线受电源自身或周边电子器件所产生的电磁下扰，输出电源走线必须像图(b)那样靠得很近，使输出电流环路的面积尽可能减小。

 

地层在系统板上的分隔
 
新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路、开关电源电路。为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数字电路的影响，通常需要分隔不同电路的接地层。如果选用多层PCB，不同电路的接地层可由不同PCB板层来分隔。如果整个产品只有一层接地层，则必须像图中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔还是在单层PCB 上进行地层分隔，不同电路的地层都应该通过单点与开关电源的接地层相连接。

电源PCB排版基本要点6：系统板上不同电路需要不同接地层，不同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接。

由于更多的“电源PCB排版基本要点详解与实例讲解”篇幅过大，想要了解全面的大家可以下载附件学习：http://bbs.cntronics.com/thread-232232-1-1.html

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