Notizie PCB - Layout PCB dell'alimentazione DC-DC

Le prestazioni dell'alimentatore switching DC-DC sono strettamente correlate al layout della scheda PCB. A causa della considerazione della commutazione veloce, della corrente di passaggio dell'alimentazione e della dissipazione del calore nella commutazione DC-DC, layout e cablaggio irragionevoli influenzeranno notevolmente le prestazioni dell'alimentazione elettrica e formeranno una fonte di rumore seria.

layout: Nel layout del regolatore di commutazione, il layout del percorso AC è estremamente importante e il percorso DC può essere considerato secondario, ma il percorso del segnale di feedback è l'unico segnale chiave dell'intero alimentatore DC-DC. Sappiamo tutti che le tracce sul PCB hanno induttanza, circa 20nH / inch. Finché c'è corrente che scorre attraverso la traccia, verrà generata una tensione indotta, ma il valore di tensione non dipende dalla grandezza della corrente ma dalla velocità di cambiamento della corrente, V = L* (dI/dt). Pertanto, il percorso CA è molto importante nella progettazione PCB, in particolare per i circuiti integrati DC-DC che utilizzano tubi di commutazione ad alta velocità, il dI / dt sarà molto alto. NS (National Semiconductor) fornisce una cifra approssimativa: "Per un convertitore buck tipico, il cambiamento di corrente nella parte CA è 1,2 volte la corrente di carico durante il processo di spegnimento, e il carico è il carico durante il processo di accensione. 0,8 volte la corrente. Il tubo switch aggiornerà la corrente attraverso il pin GND. La corrente diventerà molto ripida. Ciò significa che i condensatori di ingresso e i condensatori di bypass devono essere posizionati il più vicino possibile all'IC, specialmente per gli IC step-down. Lo spazio intorno al IC è limitato e il condensatore di ingresso e il condensatore di bypass non possono essere posizionati vicino al IC allo stesso tempo, in particolare il condensatore di ingresso è relativamente grande. Prima di tutto, comprendere il ruolo del condensatore di ingresso per rendere la tensione in ingresso al IC il più stabile possibile e ridurre le fluttuazioni di tensione. Infatti, dovrebbe essere possibile dire che un condensatore di ingresso di grandi dimensioni può essere considerato come l'alimentazione totale sulla scheda. Allo stesso tempo, la resistenza di serie equivalente (ESR) e l'induttanza di serie equivalente (ESL) del condensatore in ingresso possono essere molto alte, il che causerà l'ondulazione della tensione di ingresso ad alta frequenza al pin di alimentazione in ingresso del IC. Così il condensatore di ingresso può essere posizionato entro circa 1 pollice dal IC. Il condensatore di bypass deve essere il più vicino possibile al pin di alimentazione in ingresso dell'IC. Per le torce di bypass con pin corti o senza, generalmente vengono utilizzati condensatori ceramici 0.1uF o 0.47uF, che hanno un effetto migliore sul filtraggio dell'ondulazione ad alta frequenza. Perni corti o nessun pin ridurranno l'induttanza parassitaria (ESL) del condensatore. Allo stesso tempo, il pacchetto generalmente usato è 1206, tipo X7R. Se si utilizza un pacchetto di piccole dimensioni, l'ESL e l'ESR del condensatore aumenteranno. Generalmente, tale condensatore bypass deve essere posizionato accanto al pin di alimentazione del IC. Per l'alimentazione di commutazione DC-DC, ci sarà un diodo di bloccaggio e anche la sua posizione di posizionamento è critica. Poiché un'estremità del diodo a morsetto è collegata al perno SW del IC, il segnale di questo perno è un'onda rettangolare. Se la traccia è troppo lunga, la sua induttanza raccoglierà facilmente il rumore, che verrà aggiunto al segnale SW per formare un picco di rumore. Il punto di base del layout del diodo di bloccaggio è posizionarlo vicino al IC e utilizzare una traccia breve e larga per collegare direttamente il perno SW e il perno GND del IC. Dopo che il condensatore di bypass in ingresso e il diodo di bloccaggio sono determinati per essere posizionati, inizia il layout di altri dispositivi. La traccia che collega il condensatore bypass di ingresso e il diodo di bloccaggio dovrebbe essere il più breve e largo possibile e non dovrebbe esserci alcun foro passante nel percorso collegato al IC. Per la scheda PCB SMT, significa che devono essere sullo stesso strato del IC. Non c'e' nessun foro passante qui. Significa solo che VIA non dovrebbe essere utilizzato nella traccia tra l'IC, il condensatore di bypass in ingresso e il diodo a morsetto. Il PAD del condensatore bypass e del diodo morsetto è collegato a VIA invece della traccia collegata.

cablaggio: Molte volte abbiamo abusato della colata di rame. Non è un problema per GND plane o VCC plane rame pour. Può ridurre l'impedenza corrente del ciclo e può essere usato come riferimento per i segnali chiave per ridurre le interferenze. Ma per il cablaggio del diodo di bloccaggio menzionato nel layout appena ora, dovrebbe essere breve e largo, ma non il più ampio possibile. La traccia è breve e facile da capire. Tutti capiranno che così facendo, la regola del pollice di "20nH/inch" mostra che l'induttanza della traccia è proporzionale alla lunghezza. Ma l'induttanza della traccia non è inversamente proporzionale alla larghezza? Secondo la formula dell'induttanza Trace:L = 2l * [ln(2l/w)-0.5 + 0.2235 * (w/l)] Si può vedere che il valore dell'induttanza e la larghezza della traccia sono non lineari. Per ridurre l'effetto dell'induttanza parassitaria, allargare la traccia dovrebbe essere l'ultima risorsa. Il primo passo dovrebbe essere quello di ridurre la lunghezza della traccia. In particolare, il diodo a morsetto è collegato al perno SW. Poiché la tensione stessa è una forma d'onda di commutazione, se si sostituisce il Trace con una colata di rame troppo larga, sarà considerato come un'antenna e introdurrà problemi EMI. Per il nodo di commutazione, la scelta migliore è quella di controllare la dimensione del foglio di rame intorno ad esso entro la gamma minima di requisiti effettivi. È un fenomeno molto comune nel Layout sostituire il cavo di alimentazione con rame. Si ritiene che più grande è la pavimentazione in rame, maggiore è la corrente che può essere trasportata. Infatti, dovrebbe essere che più grande è l'area della sezione trasversale (larghezza * spessore) del rame, minore è la resistenza alla traccia per unità di lunghezza, e minore è la generazione di calore. L'attuale capacità di maneggevolezza è essenzialmente il problema dell'aumento della temperatura di Trace. Dovremmo usare calcoli quantitativi per determinare le dimensioni della parte di alimentazione elettrica della Trace, e non dovremmo sovrapporre il rame. Generalmente, un aumento della temperatura di 30°C a 40°C è accettabile ed è influenzato anche dai dispositivi di riscaldamento circostanti e non deve superare la temperatura nominale del bordo di resina epossidica (FR4 deve essere mantenuto sotto 120°C). Una regola generale: Per un aumento moderato della temperatura (inferiore a 30 ° C) e la corrente è inferiore a 5A Per 1oz di rame, utilizzare un foglio di rame con una larghezza di almeno 12mil per corrente 1A Per 2oz di rame, utilizzare almeno 7mil foglio di rame per 1A piano GND corrente, cercare di mantenere il piano di terra intatto, non dividere o instradare i fili sul piano di terra, ma è difficile raggiungere questo obiettivo con tavole bifacciali. La scheda PCB multistrato deve rispettare questo principio. Ma a volte quando è necessario dividere il piano di terra digitale, terra analogica o piano di terra ad alta e bassa tensione, è necessario dividere il piano di terra, ma alla fine, due piani di terra separati devono essere collegati attraverso perle magnetiche o resistenze 0 ohm per mantenere la connessione elettrica e la consistenza. Un piano di terra completo è molto importante per il controllo anti-interferenza e impedenza della scheda PCB, perché è un percorso di riferimento e ritorno per i segnali. Il circuito di feedback nell'alimentazione di commutazione DC-DC è l'unico segnale chiave nella linea di segnale. Ci sono due modi per risolverlo: 1. Utilizzare una traccia di feedback il più breve possibile per ridurre al minimo il rumore raccolto; 2. Tenere lontano da fonti di rumore, quali induttori o diodi. A volte, al fine di evitare fonti di rumore, è anche necessario che Trace duri più a lungo.