高速轉換器PCB設計考慮因素

問：使用高速轉換器時，有哪些重要的布局布線規(guī)則?

　　答：為了確保設計性能達到數(shù)據(jù)手冊的技術規(guī)格，必須遵守一些指導原則。首先，有一個常見的問題：“AGND和DGND接地層應當分離嗎?”簡單回答是：視情況而定。

　　詳細回答則是：通常不分離。因為在大多數(shù)情況下，分離接地層只會增加返回電流的電感，它所帶來的壞處大于好處。從公式V = L(di/dt)可以看出，隨著電感增加，電壓噪聲會提高。而隨著開關電流增大(因為轉換器采樣速率提高)，電壓噪聲同樣會提高。因此，接地層應當連在一起。

　　一個例子是，在一些應用中，為了符合傳統(tǒng)設計要求，必須將臟亂的總線電源或數(shù)字電路放在某些區(qū)域，同時還受尺寸限制的影響，使得電路板無法實現(xiàn)良好的布局分割，在這種情況下，分離接地層是實現(xiàn)良好性能的關鍵。然而，為使整體設計有效，必須在電路板的某個地方通過一個電橋或連接點將這些接地層連在一起。因此，應將連接點均勻地分布在分離的接地層上。最終，上往往會有一個連接點成為返回電流通過而不會導致性能降低的最佳位置。此連接點通常位于轉換器附近或下方。

　　設計電源層時，應使用這些層可以使用的所有銅線。如果可能，請勿讓這些層共用走線，因為額外的走線和過孔會將電源層分割成較小的碎塊，從而迅速損害電源層。由此產(chǎn)生的稀疏電源層可以將電流路徑擠壓到最需要這些路徑的地方，即轉換器的電源引腳。擠壓過孔與走線之間的電流會提高電阻，導致轉換器的電源引腳發(fā)生輕微的壓降。

　　最后，電源層的放置至關重要，切勿將高噪聲的數(shù)字電源層疊放在模擬電源層上，否則二者雖然位于不同的層，但仍有可能耦合。為將系統(tǒng)性能下降的風險降至最低，設計中應盡可能將這些類型的層隔開而不是疊加在一起。

　　本RAQ的第一部分討論了為什么AGND和DGND接地層未必一定分離，除非設計的具體情況要求您必須這么做。第二部分討論印刷電路板()的輸電系統(tǒng)(PDS)設計，這一任務常被忽視，但對于系統(tǒng)級模擬和數(shù)字設計人員卻至關重要。

　　PDS的設計目標是將響應電源電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低。所有電路都需要電流，有些電路需求量較大，有些電路則需要以較快的速率提供電流。采用充分去耦的低阻抗電源層或接地層以及良好的層疊，可以將因電路的電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低。例如，如果設計的開關電流為1A，PDS的阻抗為10mΩ，則最大電壓紋波為10mV。

　　首先，應當設計一個支持較大層電容的層疊結構。例如，六層堆疊可能包含頂部信號層、第一接地層、第一電源層、第二電源層、第二接地層和底部信號層。規(guī)定第一接地層和第一電源層在層疊結構中彼此靠近，這兩層間距為2到3密爾，形成一個固有層電容。此電容的最大優(yōu)點是它是免費的，只需在制造筆記中注明。如果必須分割電源層，同一層上有多個VDD電源軌，則應使用盡可能大的電源層。不要留下空洞，同時也應注意敏感電路。這將使該VDD層的電容最大。如果設計允許存在額外的層(本例中是從六層變?yōu)榘藢?，則應將兩個額外的接地層放在第一和第二電源層之間。在核心間距同樣為2到3密爾的情況下，此時層疊結構的固有電容將加倍。

　　對于理想的層疊，電源層起始入口點和DUT周圍均應使用去耦電容，這將確保PDS阻抗在整個頻率范圍內(nèi)均較低。使用若干0.001μF至100μF的電容有助于覆蓋該范圍。沒有必要各處都配置電容;電容正對著DUT對接會破壞所有的制造規(guī)則。如果需要這種嚴厲的措施，則說明電路存在其它問題。

　　第一部分討論了為什么AGND和DGND接地層未必一定分離，除非設計的具體情況要求您必須這么做。第二部分討論了輸電系統(tǒng)(PDS)，以及電源層和接地層擠壓在一起如何能提供額外的電容。第三部分將討論裸露焊盤(E-Pad)，這是一個容易忽視的方面，但它對于實現(xiàn)設計的最佳性能和散熱至關重要。

　　裸露焊盤(引腳0)指的是大多數(shù)現(xiàn)代高速IC下方的一個焊盤，它是一個重要的連接，芯片的所有內(nèi)部接地都是通過它連接到器件下方的中心點。裸露焊盤的存在使許多轉換器和放大器可以省去接地引腳。關鍵是將該焊盤焊接到時，要形成穩(wěn)定可靠的電氣連接和散熱連接，否則系統(tǒng)可能會遭到嚴重破壞。

　　通過以下三個步驟，可以實現(xiàn)裸露焊盤的最佳電氣和散熱連接。首先，在可能的情況下，應在各層上復制裸露焊盤，這將為所有接地提供較厚的散熱連接，從而快速散熱，對于高功耗器件尤其重要。在電氣方面，這將為所有接地層提供良好的等電位連接。在底層上復制裸露焊盤時，它可以用作去耦接地點和安裝散熱器的地方。

　　其次，將裸露焊盤分割成多個相同的部分。以棋盤狀最佳，可以通過絲網(wǎng)交叉格柵或焊罩來實現(xiàn)。在回流焊組裝過程中，無法決定焊膏如何流動以建立器件與的連接，因此連接可能存在，但分布不均，更糟糕的情況是連接很小并且位于拐角處。將裸露焊盤分割為若干較小的部分可以使各個區(qū)域都有一個連接點，從而確保器件與之間形成可靠、均勻的連接。

　　最后，應當確保各部分都有過孔連接到地。各區(qū)域通常都很大，足以放置多個過孔。組裝之前，務必用焊膏或環(huán)氧樹脂填充每個過孔，這一步非常重要，這樣才能確保裸露焊盤焊膏不會回流到過孔空洞中，否則會降低正確連接的機率。