如何做好非隔離式開(kāi)關(guān)電源的PCB布局

　　圖9（略）是有多個(gè)板上電源的應用，這些電源共享相同的輸入電壓軌。當這些電源互相不同步時(shí)，就需要將輸入電流走線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)，以避免不同電源之間耦合公共阻抗噪聲。每個(gè)電源擁有一個(gè)本地的輸入去耦電容倒是不太關(guān)鍵。

　　對于一只PolyPhase單輸出轉換器，為每個(gè)相做一個(gè)對稱(chēng)布局有助于熱應力的均衡。

　　布局設計實(shí)例

　　圖10（略）是一個(gè)設計實(shí)例，它是一個(gè)3.5V~14V，最大輸出1.2V/40A的雙相同步降壓轉換器， 使用了LTC3855 PolyPhase電流模式步進(jìn)降壓控制器。在開(kāi)始PCB布局前，一個(gè)好的習慣是在邏輯圖上用不同顏色特別標示出大電流走線(xiàn)、高噪聲的高dv/dt走線(xiàn)，以及敏感的小信號走線(xiàn)。這種圖將有助于PCB設計者區分開(kāi)各種走線(xiàn)。

　　圖11（略）是這個(gè)1.2V/40A電源的功率元件層上的功率級布局例子。圖中，QT是高側控制MOSFET，QB是低側同步FET.可選擇增加QB的接地面積，以獲得更多的輸出電流。在功率元件層的下方，放了一個(gè)實(shí)心的電源地層。

　　控制電路布局

　　使控制電路遠離高噪聲的開(kāi)關(guān)銅箔區。對降壓轉換器，好的辦法是將控制電路置于靠近VOUT+端，而對升壓轉換器，控制電路則要靠近VIN+端，讓功率走線(xiàn)承載連續電流。

　　如果空間允許，控制IC與功率MOSFET及電感（它們都是高噪聲高熱量元件）之間要有小的距離（0.5英寸~1英寸）。如果空間緊張，被迫將控制器置于靠近功率MOSFET與電感的位置，則要特別注意用地層或接地走線(xiàn)，將控制電路與功率元件隔離開(kāi)來(lái)。

　　圖12（略）是LTC3855電源的較好的隔離地方案，IC有外露的GND焊盤(pán)，應焊到PCB上，以盡量減少電氣阻抗與熱阻。幾只關(guān)鍵去耦電容應緊挨著(zhù)IC引腳。

　　控制電路應有一個(gè)不同于功率級地的獨立信號（模擬）地。如果控制器IC上有獨立的SGND（信號地）和PGND（功率地）引腳，則應分別布線(xiàn)。對于集成了MOSFET驅動(dòng)器的控制IC，小信號部分的IC引腳應使用SGND.

　　信號地與功率地之間只需要一個(gè)連接點(diǎn)。合理方法是使信號地返回到功率地層的一個(gè)干凈點(diǎn)。只在控制器IC下連接兩種接地走線(xiàn)，就可以實(shí)現兩種地。圖12（略）給出了建議的LTC3855電源接地隔離法。在本例中，IC有一個(gè)外露的接地焊盤(pán)。此焊盤(pán)應焊到PCB上，以盡量減少電氣阻抗與熱阻。應在接地焊盤(pán)區放置多個(gè)過(guò)孔。

　　控制IC的去耦電容應靠近各自的引腳。為盡量減少連接阻抗，好的方法是將去耦電容直接接到引腳上，而不通過(guò)過(guò)孔。如圖12（略）所示，應靠近置放去耦電容的LTC3855引腳是電流檢測引腳Sense+/Sense-，補償引腳ITH，信號地SGND，反饋分壓器腳FB，IC VCC電壓引腳INTVCC，以及功率地引腳PGND.

　　回路面積與串擾

　　兩個(gè)或多個(gè)鄰近導體可以產(chǎn)生容性耦合。一個(gè)導體上的高dv/dt會(huì )通過(guò)寄生電容，在另一個(gè)導體上耦合出電流。為減少功率級對控制電路的耦合噪聲，高噪聲的開(kāi)關(guān)走線(xiàn)要遠離敏感的小信號走線(xiàn)。如果可能的話(huà)，要將高噪聲走線(xiàn)與敏感走線(xiàn)布放在不同的層，并用內部地層作為噪聲屏蔽。

　　空間允許的話(huà)，控制IC要距離功率MOSFET和電感有一個(gè)小的距離（0.5英寸~1英寸），后者既有大噪聲又發(fā)熱。

　　LTC3855控制器上的FET驅動(dòng)器TG、BG、SW和BOOST引腳都有高的dv/dt開(kāi)關(guān)電壓。連接到最敏感小信號結點(diǎn)的LTC3855引腳是：Sense+/Sense-、FB、ITH和SGND.如果布局時(shí)將敏感的信號走線(xiàn)靠近了高dv/dt結點(diǎn)，則必須在信號走線(xiàn)與高dv/dt走線(xiàn)之間插入接地線(xiàn)或接地層，以屏蔽噪聲。

　　在布放柵極驅動(dòng)信號時(shí)，采用短而寬的走線(xiàn)有助于盡量減小柵極驅動(dòng)路徑中的阻抗。在圖13（略）中，布放的高FET驅動(dòng)器走線(xiàn)TG與SW應有最小的回路面積，以盡量減小電感與高dv/dt噪聲。同樣，低FET驅動(dòng)器走線(xiàn)BG要靠近一根PGND走線(xiàn)。

　　如果在BG走線(xiàn)下布放了一個(gè)PGND層，低FET的交流地返回電流將自動(dòng)耦合到一個(gè)靠近BG走線(xiàn)的路徑中。交流電流會(huì )流向它所發(fā)現的最小回路/阻抗。此時(shí)，低柵極驅動(dòng)器不需要一個(gè)獨立的PGND返回走線(xiàn)。最好的辦法是盡量減少柵極驅動(dòng)走線(xiàn)通過(guò)的層數量，這樣可防止柵極噪聲傳播到其它層。

　　在所有小信號走線(xiàn)中，電流檢測走線(xiàn)對噪聲最為敏感。電流檢測信號的波幅通常小于100mV，這與噪聲的波幅相當。以L(fǎng)TC3855為例，Sense+/Sense-走線(xiàn)應以最小間距并行布放（Kelvin檢測），以盡量減少拾取di/dt相關(guān)噪聲的機會(huì )，如圖14（略）所示。

　　另外，電流檢測走線(xiàn)的濾波電阻與電容都應盡可能靠近IC引腳。當有噪聲注入長(cháng)的檢測線(xiàn)時(shí)，這種結構的濾波效果最好。如果采用帶R/C網(wǎng)絡(luò )的電感DCR電流檢測方式，則DCR檢測電阻R應靠近電感，而DCR檢測電容C則應靠近IC.

　　如果在走線(xiàn)到Sense-的返回路徑上使用了一個(gè)過(guò)孔，則過(guò)孔不應接觸到其它的內部VOUT+層。否則，過(guò)孔可能會(huì )傳導大的VOUT+電流，所產(chǎn)生的壓降可能破壞電流檢測信號。要避免在高噪聲開(kāi)關(guān)結點(diǎn)（TG、BG、SW和BOOST走線(xiàn)）附近布放電流檢測走線(xiàn)。如可能，在電流檢測走線(xiàn)所在層與功率級走線(xiàn)層之間放置地層。

　　如果控制器IC有差分電壓遠程檢測引腳，則要為正、負遠程檢測線(xiàn)采用獨立的走線(xiàn)，同時(shí)也采用Kelvin檢測連接。

　　走線(xiàn)寬度的選擇

　　對具體的控制器引腳，電流水平和噪聲敏感度都是唯一的，因此，必須為不同信號選擇特定的走線(xiàn)寬度。通常情況下，小信號網(wǎng)絡(luò )可以窄些，采用10mil~15mil寬度的走線(xiàn)。大電流網(wǎng)絡(luò )（柵極驅動(dòng)、VCC以及PGND）則應采用短而寬的走線(xiàn)。這些網(wǎng)絡(luò )的走線(xiàn)建議至少為20mil寬。