如何使用帶有模擬接地層和功率接地層的開關穩(wěn)壓器？

如何使用帶有模擬接地層(AGND)和功率接地層(PGND)的開關穩(wěn)壓器?這是許多開發(fā)人員在設計開關電源時會問的一個問題。一些開發(fā)人員已習慣于處理數(shù)字接地層和模擬接地層;然而，涉及到功率GND時，他們的經(jīng)驗往往會失效。設計師通常會直接復制所選開關穩(wěn)壓器的電路板布局，不再思考這個問題。

PGND是較高脈沖電流流經(jīng)的接地連接。根據(jù)開關穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)，這表示通過功率晶體管的電流或功率驅(qū)動器級的脈沖電流。對于帶有外部開關管的開關控制器，該接地層尤為重要。

AGND有時被稱為SGND(信號接地層)，是其他信號用作參照的接地連接，通常十分平靜。該接地層包括調(diào)節(jié)輸出電壓所需的內(nèi)部基準電壓。軟啟動和使能電壓也以AGND連接為參照。

關于這兩種接地連接的處理，有兩種不同的技術觀點，因此專家的意見也產(chǎn)生了分歧。

根據(jù)其中一種觀點，開關穩(wěn)壓器IC上的AGND和PGND連接應該在各自引腳旁相互連接。這樣一來，兩個引腳之間的電壓偏移保持在相對較低的水平。因此可以保護開關穩(wěn)壓器IC免受干擾，進而免遭破壞。電路的所有接地連接和可能的接地層將以星型拓撲的結(jié)構(gòu)連接到該公共點。圖1所示為該觀點的實現(xiàn)示例。此處顯示了LTM4600的電路板布局。這是一款10A降壓型微型模塊。電路板上的獨立接地連接彼此靠在一起(請參見圖1中的藍色橢圓形)。由于芯片和外殼之間的各自焊線的寄生電感，以及各自引腳的電感，因此已經(jīng)存在一定程度的PGND和AGND去耦，這導致芯片上電路之間存在少量相互干擾。

圖1：焊接觸點處PGND和AGND的局部連接。

另一種觀點是將電路板上的AGND與PGND分開，形成兩個單獨的接地層，在某一點相互連接。通過這種連接，干擾信號(電壓偏移)主要出現(xiàn)在PGND區(qū)域，而AGND區(qū)域的電壓仍非常平靜，并很好地從PGND去耦。然而，根據(jù)脈沖電流瞬變和電流強度情況，各自引腳上的PGND與AGND之間可能存在明顯的電壓偏移。這可能會導致開關穩(wěn)壓器IC無法正常工作，甚至損壞。圖2所示為該觀點的實現(xiàn)方案。該示例采用一款6A降壓型開關穩(wěn)壓器ADP2386。

圖2：分開的AGND和PGND在接地標簽下方利用過孔連接。

說到底，接地問題其實就是權衡利弊：分開兩個接地層具有隔離噪音和干擾的優(yōu)勢;但兩個接地層之間可能會產(chǎn)生電壓偏移，從而存在損壞芯片并影響功能的風險。權衡利弊后，最終決策正確與否主要取決于IC設計，包括開關轉(zhuǎn)換速度、功率電平、焊線和IC封裝上的寄生電感、每個IC設計的閂鎖風險(涉及不同的半導體工藝)。

結(jié)論

關于如何處理AGND和PGND接地的問題，并沒有簡單的答案。所以相關討論仍在繼續(xù)。前面我提到，許多開關穩(wěn)壓器用戶都采用IC制造商提供的示例電路中的電路板布局和接地連接類型。這樣做很有用，因為您通常可以假設制造商也利用該配置對各IC進行了測試。而且，在圖1和圖2提供的示例中可以看到，各自的IC引腳排列適用于PGND和AGND旁的局部接地連接，或者適用于單獨接地。

當然，IC制造商在設計示例電路時可能會出錯。所以，最好進一步了解相關基本原理的更多信息。