如何使用帶有模擬接地層和功率接地層的開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器?這是許多開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)會(huì)問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題。一些開(kāi)發(fā)人員已習(xí)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(shí)，他們的經(jīng)驗(yàn)往往會(huì)失效。設(shè)計(jì)師通常會(huì)直接復(fù)制所選開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局，不再思考這個(gè)問(wèn)題。

PGND是較高脈沖電流流經(jīng)的接地連接。根據(jù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這表示通過(guò)功率晶體管的電流或功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)的脈沖電流。對(duì)于帶有外部開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)控制器，該接地層尤為重要。

AGND有時(shí)被稱為SGND(信號(hào)接地層)，是其他信號(hào)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(zhǔn)電壓。軟啟動(dòng)和使能電壓也以AGND連接為參照。

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

根據(jù)其中一種觀點(diǎn)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC上的AGND和PGND連接應(yīng)該在各自引腳旁相互連接。這樣一來(lái)，兩個(gè)引腳之間的電壓偏移保持在相對(duì)較低的水平。因此可以保護(hù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC免受干擾，進(jìn)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?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)連接到該公共點(diǎn)。圖1所示為該觀點(diǎn)的實(shí)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(dú)立接地連接彼此靠在一起(請(qǐng)參見(jiàn)圖1中的藍(lán)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(dǎo)致芯片上電路之間存在少量相互干擾。

圖1：焊接觸點(diǎn)處PGND和AGND的局部連接。

另一種觀點(diǎn)是將電路板上的AGND與PGND分開(kāi)，形成兩個(gè)單獨(dú)的接地層，在某一點(diǎn)相互連接。通過(guò)這種連接，干擾信號(hào)(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(qiáng)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(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC無(wú)法正常工作，甚至損壞。圖2所示為該觀點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方案。該示例采用一款6A降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器ADP2386。

圖2：分開(kāi)的AGND和PGND在接地標(biāo)簽下方利用過(guò)孔連接。

說(shuō)到底，接地問(wèn)題其實(shí)就是權(quán)衡利弊：分開(kāi)兩個(gè)接地層具有隔離噪音和干擾的優(yōu)勢(shì);但兩個(gè)接地層之間可能會(huì)產(chǎn)生電壓偏移，從而存在損壞芯片并影響功能的風(fēng)險(xiǎn)。權(quán)衡利弊后，最終決策正確與否主要取決于IC設(shè)計(jì)，包括開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度、功率電平、焊線和IC封裝上的寄生電感、每個(gè)IC設(shè)計(jì)的閂鎖風(fēng)險(xiǎn)(涉及不同的半導(dǎo)體工藝)。

結(jié)論

關(guān)于如何處理AGND和PGND接地的問(wèn)題，并沒(méi)有簡(jiǎn)單的答案。所以相關(guān)討論仍在繼續(xù)。前面我提到，許多開(kāi)關(guān)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?yàn)槟ǔ？梢约僭O(shè)制造商也利用該配置對(duì)各IC進(jìn)行了測(cè)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(dú)接地。

當(dāng)然，IC制造商在設(shè)計(jì)示例電路時(shí)可能會(huì)出錯(cuò)。所以，最好進(jìn)一步了解相關(guān)基本原理的更多信息。