开关电源PCB布局指引
关键的外卖
PCB布局中电源的潜在问题。
设置电源布局的PCB参数。
组件放置和最佳布局的路由提示。
电路板上的元件布局。
无论电路板的功能是什么，它都需要电源来运行，通常由板载电源产生。有两种类型的电源通常被设计成电路板:线性和开关模式。线性电源电路简单，组件成本低，可提供可靠的电源。问题是它们的效率也很低，这在需要更高功率的电路板中是不可取的。
为了满足大多数电路板增加的功率需求，将使用开关模式电源(SMPS)。有不同类型的smps，它们可以根据电路的需要配置为输出不同的电压和电流。开关模式电源的运行效率很高，但如果布局不正确，也会给电路板带来很多问题，比如电磁干扰(EMI)。为了帮助你避免这些问题，这里有一些布局的指导方针用于开关电源。
错误布置开关电源的问题
开关模式电源通常是在印刷电路板上产生电源的首选方式。使用开关调节器来转换电源，SMPS将比线性电源更有效地产生电流，产生的热量更少，而线性电源依赖于更大的产热部件。然而，SMPS的正常开关操作有可能产生辐射噪声，如果控制不当，将会增加或产生以下问题:
电磁干扰:SMPS中电压在开和关状态之间的切换会产生电磁干扰。EMI不仅可以干扰电路板外部的其他电子设备，还可以破坏电路板上的电路。电磁干扰会降低电路板的信号和电源完整性，导致间歇性问题或完全故障。
地反弹:SMPS的快速开关活动可以影响电路板的地节点，将其参考地反弹到高于它应该的水平。在这种人为的高地电平下，其他信号可能会不正确地切换，从而导致在这些电路中传输错误的数据。
功率波动:电源开关的另一个问题是它可能会形成功率波动，这可能会在附近的电路中产生串扰。这种串扰可以压制较弱的信号，从而导致电路中断。
正如我们所看到的，这些来自开关电源的潜在噪声问题会对电路板造成很多电源完整性问题。为了避免这些问题，重要的是要遵循良好的电源布局指引从如何在布局工具中配置电路板开始。
可以为您的布局设置许多参数，包括电源和地平面上的热浮雕。
开关电源电路板布局参数
在设计中，为了确保良好的电源完整性，电路板的布局应该有一个清晰的计划电力输送网络(PDN)．这样，您的最终设计将以PDN结束，可以为所有组件提供清洁和不间断的电源，而不会产生干扰。要做到这一点，首先必须设置的PCB参数是板层配置和堆叠。
重要的是，首先要有一个足够深入的原理图，以便识别电路板上的所有电源。根据这些信息，您可以开始配置层堆叠，以获得最佳的信号完整性和电源完整性。
这将意味着为最佳信号返回路径、受控阻抗路由和电源隔离定位电源和地平面。通常，您的电路板制造商可以帮助您做出这些决定，因为他们通常配置和构建电路板，并且最了解您的设计需要什么。
下一个要设置的参数是设计规则和约束。与常规数字布线相比，电源和接地布线将涉及许多不同的走线宽度和间距值以及铜浇注属性。虽然这些规则中的一些可能需要控制每个网络，但许多规则可以通过指定一个特定的网络类别，然后将不同的电源和地网分配给它来控制。
高级PCB设计工具(如Cadence Allegro的PCB Editor)中的设计规则和约束将为您提供所有这些功能，以支持PDN的路由需求。接下来，让我们来看看开关电源的一些具体放置和布线指南。
电源电路的布局，显示元器件的紧密位置。
开关电源的PCB布局和路由布局指南
电源布局的第一步是元器件的正确放置。电源应该分布在单板上，这样它们就离它们供电的设备最近。您还需要考虑电源组件的散热，并将它们放置在能够获得足够冷却的地方。减少开关模式电源电路的电磁干扰的关键是将元件尽可能地放在一起，以保持跟踪路由的简短和直接。首先从电源的主要部件开始，例如转换器IC，然后是输入电容和电感，然后是输出电容。将零件保持在电路板的同一侧也很重要，以避免在布线中使用过孔引起的阻抗。
放置好组件后，下一步是将网连接在一起。下面是一些可以帮助你的路由技巧:
遵循组件的紧密放置，保持路由尽可能短，尽可能直接。较短的线路将减少电感和减少可能产生的噪声量。
使用足够大的迹线宽度来处理正在传导的电流。短线和宽线的组合也有助于减少产生噪声的机会。
在路由中使用45度角或圆角。
避免在电源电路中使用通孔。
不要通过电源电路布线其他信号痕迹。
电源布局的最后一部分是根据之前为板层堆叠配置所做的决定来布线电源和地平面。以下是一些关键的考虑因素:
为了实现更好的噪声控制，最好使用固体平面，而不是有痕迹的地面布线。
确保您的电源接地平面被绘制，以便它包含所有的电源部件，以帮助屏蔽EMI。
将您的电源接地平面与其余设计的公共接地分开。这将有助于隔离电源噪声从其余的设计。
对于必须连接到公共场所的电源地面，请确保它们只连接在一个点上，以避免产生辐射噪声的天线。
不路由数字信号通过电源接地平面，以保持他们的信号返回使用孤立的地面作为一个信号返回路径．
为了帮助冷却热电源部件，在它们下面使用一个热通道将它们的热量分散到隔离的地平面。
有了这些指导方针，您可以减少开关电源可能产生的大量噪声和干扰。另一种帮助自己的方法是在电路板上布置电源时使用PCB设计工具的全部功能。
在Allegro PCB编辑器中的约束管理器显示了电力网络的组织。
利用PCB设计工具进行开关电源布局
我们已经讨论了使用的优点网络规则和约束为供电网络设置不同的布线宽度和间距。在上图中，你可以看到在Allegro PCB Editor中的约束管理器，以及它是如何在这个设计中组织电源网络的。在您的设计工具中还有许多其他有用的功能也可以提供帮助。
Allegro有许多不同的痕迹路由和铜倒功能，将允许您轻松创建和编辑您的电源和地面痕迹和平面。Allegro还有IR Drop Analysis Tool等工具，可以在设计过程中使用，以发现和纠正电路板PDN中的电源完整性问题。并且，为了最终确定您的设计，Allegro的3D查看和检查使您能够在构建之前查看您的设计将如何，从而节省您在多个原型重新设计上的时间和金钱。
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