PCB電(diàn)源布局指南

2021-11-19

PCB電(diàn)源布局指南

设计不包含電(diàn)源元件的PCB是不寻常的，但仅仅因為(wèi)它是一个通用(yòng)元件并不意味着它不会给PCB设计带来挑战。有(yǒu)两种主要的变體(tǐ)需要考虑，線(xiàn)性電(diàn)源和开关模式電(diàn)源。这些都对 PCB布局有(yǒu)挑战。

線(xiàn)性電(diàn)源

線(xiàn)性電(diàn)源電(diàn)路本质上很(hěn)简单，很(hěn)少有(yǒu)组件可(kě)以直接安装在PCB上。挑战在于这些電(diàn)路效率低下，这导致需要将大量功率损耗管理(lǐ)為(wèi)辐射和传导热能(néng)。当温度敏感元件安装在PCB上或封闭在环境密封的外壳中以进行保护时，这个问题可(kě)能(néng)具有(yǒu)挑战性，限制了冷却选项。

开关電(diàn)源

开关電(diàn)源電(diàn)路比線(xiàn)性電(diàn)源更复杂，但效率更高。这很(hěn)好，因為(wèi)它减少了PCB设计人员处理(lǐ)热管理(lǐ)的工程时间，但不幸的是，它带来了一系列不同的问题。开关電(diàn)路可(kě)能(néng)会产生大量的電(diàn)磁噪声，PCB设计人员需要对其进行管理(lǐ)。这种電(diàn)噪声会影响PCB上的其他(tā)電(diàn)路元件，并会发射到電(diàn)路板之外影响附近的设备。在极端情况下，電(diàn)源電(diàn)路产生的噪声会通过主電(diàn)源線(xiàn)传导回，从而影响连接到同一主電(diàn)源的其他(tā)设备。

另一个潜在的噪声问题是，开关模式電(diàn)路往往会在输出端产生纹波電(diàn)压，如果管理(lǐ)不当，可(kě)能(néng)会通过平行或成束导線(xiàn)走線(xiàn)之间的電(diàn)容或電(diàn)感耦合在電(diàn)路板上产生干扰。有(yǒu)一个更微妙的问题是安装开关電(diàn)路的PCB上可(kě)能(néng)出现接地反弹。快速开关会导致電(diàn)路板中开关组件连接到接地层的点的接地電(diàn)位发生短暂变化。这会导致電(diàn)路板地平面上出现暂时的電(diàn)位差。在极端情况下，这种差异可(kě)能(néng)会导致電(diàn)路板遠(yuǎn)处的组件观察到由这种虚假電(diàn)位差引起的感知信号并对其做出反应。

PCB布局指南

接地

除非空间受到限制，否则允许電(diàn)路板设计包含坚固的電(diàn)源接地层以提供電(diàn)磁屏蔽。如果无法将整个层投入使用(yòng)，请至少考虑覆盖電(diàn)源组件下方整个區(qū)域的接地多(duō)边形。

電(diàn)源的地平面应与電(diàn)路其余部分(fēn)的公共地分(fēn)开，减少噪声耦合效应。此外，这两个地之间的连接应限制在板上的一点，以防止接地环路。

微量電(diàn)导率

使電(diàn)源電(diàn)路的走線(xiàn)尽可(kě)能(néng)短而宽，以减少電(diàn)阻损耗和電(diàn)磁噪声辐射。在空间允许的情况下，建议使用(yòng)多(duō)边形浇筑。这对于热导率至关重要的線(xiàn)性電(diàn)源尤其重要。

建议在電(diàn)路板设计中包含使用(yòng)通孔连接電(diàn)源和接地平面的实心填充内层，以获得更大效果。应避免使用(yòng)通孔将電(diàn)源走線(xiàn)从一层切换到另一层，因為(wèi)通孔将充当阻抗增加的点。连接多(duō)边形的多(duō)个通孔提供了更好的解决方案。

性能(néng)将受到铜层厚度的影响，尽管增加厚度会带来价格溢价，因此可(kě)能(néng)需要在成本和性能(néng)之间进行权衡。

增加导電(diàn)性的另一种选择是通过更改阻焊层在外板层上添加焊锡层。但是，您可(kě)以通过在電(diàn)路板上安装電(diàn)源组件的点之间添加PCB汇流条或外部電(diàn)線(xiàn)来获得更好的性能(néng)。

元件放置

由于需要尽可(kě)能(néng)短的走線(xiàn)，電(diàn)源组件应以较佳方向尽可(kě)能(néng)靠近在一起，以实现较短的走線(xiàn)長(cháng)度。这可(kě)以包括在電(diàn)路板的两侧安装零件以实现这一点。

跟踪路由

理(lǐ)想情况下，承载敏感信号的走線(xiàn)应在未连接的板层上遠(yuǎn)离電(diàn)源，通过接地层与電(diàn)源走線(xiàn)隔开。信号走線(xiàn)不应与承载電(diàn)源的電(diàn)源走線(xiàn)平行，以防止从電(diàn)源到信号的噪声耦合。如果接近是不可(kě)避免的，信号走線(xiàn)应与電(diàn)源走線(xiàn)成90度交叉，大限度地减少噪声耦合效应。

热管理(lǐ)

所有(yǒu)電(diàn)源電(diàn)路都会产生热量，因此電(diàn)路板设计需要包括热管理(lǐ)。因此，布局的首要考虑应该是元件放置，尽可(kě)能(néng)将发热元件与热敏感元件分(fēn)开，同时保持较短的走線(xiàn)長(cháng)度。

下一个考虑是使用(yòng)電(diàn)路板的铜提供导热性，以将热量更均匀地分(fēn)布在遠(yuǎn)离热点和允许散热的區(qū)域。

开关模式電(diàn)源的一个潜在问题是反馈控制電(diàn)路通常包含需要与发热开关元件共置的温度敏感元件。如果不加以检查，热点会导致電(diàn)源不稳定并加剧散热问题。

概括

電(diàn)源可(kě)能(néng)是PCB中大多(duō)数热和噪声问题的来源，因此電(diàn)路板设计必须从一开始就考虑到这一点。良好的電(diàn)路板设计始于良好的電(diàn)源布局。