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DC/DC

DC/DC转换器的基板布局

接地

本文是关于接地布线的布局相关内容介绍。由于接地布线是众多部件分别需要的布线,所以需要好好考虑其布局。另外,正如在之前的文章中提到的,在DC/DC转换器电路中,与控制电路密切相关的输出电压的反馈等信号系统和切换大电流的开关(功率)系统要分离是非常重要的,这一点在接地布线中也是一样的。

模拟小信号地和功率地

“接地”作为电位是等电位,但在模拟信号和数字信号混合存在的电路(近年来大多数是这种情况)中,多采用单独设置模拟地和数字地,使数字信号引起的噪声不传递给微小的模拟信号的手法。在开关电源电路(不仅限于DC/DC转换器)中思路也是一样的,例如,线路的电压值直接关系到输出精度的反馈路径,需要注意将开关节点产生的噪声影响控制在最低限度。

称呼(叫法)有好几种,在这里,将像反馈路径这样的不喜欢噪声的线路相关的接地称为“模拟小信号地(AGND)”,将切换开关节点等大电流的线路相关的接地称为“功率地(PGND)”。

最重要的关键点是:AGND和PGND必须是分离的。虽然电位相同,最终也是要连接的,但这种做法是出于将“大电流通过开关返回的GND”和“控制信号的GND”分开来防止干扰的考量。

接下来,原则上PGND需要在顶层挨在一起布局配置(Figure 8的左图)。但是,由于部件的配置等原因,有时会出现无论如何也无法挨在一起进行设计的情况。在这种情况下,如果分隔PGND而通过过孔利用背面和内层进行连接(Figure 8的右图),受过孔的电阻和电感的影响,可能会出现损耗增加和噪声恶化问题,因此,请利用实机进行充分验证。

d4_9_fig8.gif

  • AGND和PGND需要分离。
  • 布局的基本原则是将PGND配置在顶层并且不分隔PGND。
  • 如果使PGND分隔通过过孔在背面进行连接的话,受过孔的电阻和电感的影响,损耗会增加,噪声会恶化。

接地层

接地层是指占用一定面积的GND布线,首先需要了解在背面和内层设置接地层的基本目的是旨在减少DC损耗、屏蔽及散热,而作为GND只是辅助作用。

在多层电路板的内层或背面设置接地层时,需要注意与高频开关噪声较多的输入端和二极管PGND之间的连接。如Figure 9所示,在第3层有公共地、在第4层有信号地的情况下,它们与PGND的连接要在高频开关噪声较少的输出电容器附近的PGND进行。不可连接噪声较多的输入端和二极管附近的PGND。

在第2层有用来减少DC损耗的PGND层时,需要将顶层的PGND和第2层用多个过孔连接,以减小PGND的阻抗。

d4_9_fig9.gif

  • 多层电路板在内层或背面配置接地层时,需要注意与高频开关噪声较多的输入端和二极管PGND之间的连接。
  • 顶层PGND与内层PGND的连接,要通过多个过孔连接,以降低阻抗,减少DC损耗。
  • 公共地或信号地与PGND的连接要在高频开关噪声较少的输出电容器附近的PGND进行,不可在噪声较多的输入端或二极管附近的PGN连接。

顺便提一下,大家都知道,很多DC/DC转换器IC具备AGND(SGND)和PGND两个GND引脚。这是因为在IC内部信号系统和开关(功率)系统也是分离的(因着完全相同的原因)。另外同样,由于需要相同的电位,所以最终需要连接。重要的是,IC的AGND和PGND要以1点进行连接。最佳连接点请参考技术规格书的布局信息等。

关键要点:

・AGND和PGND需要分离,原则上PGND不要分隔且配置在顶层。

・如果使PGND分隔而通过过孔在背面连接,则受过孔电阻和电感的影响,损耗和噪声将会增加。

・公共地、信号地和PGND的连接,要在开关噪声较少的输出电容器附近的PGND进行。