高效PCB布局设计：避免开关电源噪声

每位电路设计师都会面临的一个挑战就是如何有效处理“噪声问题”。不当的开关电源布局常常是噪声的根源，导致需要额外的时间和成本进行重新设计。本文将提供一系列关于印刷电路板（PCB）布局布线的指南，帮助工程师们避免这些问题，以ADP1850双通道同步开关控制器为例。如需ADP1850产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

第一步：确定电流路径

在开关转换器的设计中，高电流与低电流路径紧密相邻。交流(AC)路径含有尖峰和噪声，而直流(DC)路径则可能产生较大的电压降。低电流路径通常对噪声非常敏感。良好的PCB布局关键在于识别这些关键路径，并合理安排器件位置，确保有足够的铜面积来防止高电流干扰低电流路径。不良表现如接地反弹和噪声注入IC及系统其他部分。

图1展示了一个典型的同步降压调节器设计，包括一个开关控制器、高端开关、低端开关、电感、输入电容、输出电容和旁路电容。图中的箭头显示了高开关电流的方向。正确放置这些电源组件对于减少寄生电容和电感至关重要，从而避免过大的噪声、过冲和振荡。

图1

第二步：物理规划

合理的PCB物理规划对于最小化电流环路面积至关重要。电源组件应被合理安置，使得电流顺畅流动，避免尖角和狭窄路径。这有助于减小寄生电容和电感，进而消除接地反弹。

图2展示了使用ADP1850控制器的双路输出降压转换器的PCB布局示例。此布局最大限度地减少了电流环路面积和寄生电感，虚线表示高电流路径。无论是同步还是异步控制器设计，这种物理规划技术都是适用的。

图2

第三步：电源组件—MOSFET和电容

顶部和底部电源开关处的电流波形具有很高的变化率(δI/δt)，因此连接各开关的路径应尽可能短，以减少噪声拾取和电感环路传输的噪声。旁路电容应尽可能靠近MOSFET放置，以减小穿过FET和电容的环路周围的电感。

输入旁路电容和大容量电容的放置对于控制接地反弹尤为重要。输出滤波电容的负端应尽可能靠近低端MOSFET的源极，以减小引起接地反弹的环路电感。

散热考虑和接地层

在重载条件下，功率MOSFET、电感和大容量电容会产生大量热量。为了有效散热，图2示例在这些电源组件下方放置了大面积的铜。多层PCB相比两层PCB有更好的散热效果。此外，多个PGND层通过过孔相连也有助于提高散热性能。

电流检测路径

为了避免电流模式开关调节器中的电流检测路径受到干扰噪声的影响，必须谨慎布置该路径。特别是对于双通道应用，需特别注意避免任何通道间的串扰。SWx和PGNDx走线应尽可能短，并靠近MOSFET放置，以便精确检测电流。

反馈和限流检测路径

反馈(FB)和限流(ILIM)引脚对容性和感性噪声干扰敏感。FB和ILIM走线应远离高δI/δt走线，避免形成环路增加不良电感。在ILIM和PGND引脚之间增加一个小MLCC去耦电容有助于进一步滤除噪声。

开关节点

开关(SW)节点是开关调节器中最嘈杂的部分，因为它承载着较大的交流和直流电压/电流。此节点需要较大面积的铜来降低阻性压降。将MOSFET和电感彼此靠近放置可以最小化串联电阻和电感。

栅极驱动器路径

栅极驱动走线(DH和DL)处理高δI/δt，容易产生响铃振荡和过冲。这些走线应尽可能短，直接布线避免使用馈通过孔。如果必须使用过孔，则每条走线应使用两个过孔，以降低峰值电流密度和寄生电感。

结论

了解电流路径及其敏感性，并适当安排器件位置，是解决PCB布局设计中噪声问题的关键。ADI公司提供的所有电源器件评估板均遵循上述布局布线原则，以实现最佳性能。通过采用这些指导原则，设计师可以有效地避免噪声问题，提高系统的稳定性和可靠性。对于具体应用，如电压模式或升压开关调节器，这些原则同样适用。参考评估板文件UG-204和UG-205可获取更多关于ADP1850布局布线的信息。