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技術(shù)專(zhuān)題
PCB電源布局指南
PCB電源布局指南
設(shè)計(jì)不包含電源元件的PCB是不尋常的，但僅僅因?yàn)樗且粋€(gè)通用元件并不意味著它不會(huì)給PCB設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。有兩種主要的變體需要考慮，線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)模式電源。這些都對(duì) PCB布局有挑戰(zhàn)。
線(xiàn)性電源
線(xiàn)性電源電路本質(zhì)上很簡(jiǎn)單，很少有組件可以直接安裝在PCB上。挑戰(zhàn)在于這些電路效率低下，這導(dǎo)致需要將大量功率損耗管理為輻射和傳導(dǎo)熱能。當(dāng)溫度敏感元件安裝在PCB上或封閉在環(huán)境密封的外殼中以進(jìn)行保護(hù)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題可能具有挑戰(zhàn)性，限制了冷卻選項(xiàng)。
開(kāi)關(guān)電源
開(kāi)關(guān)電源電路比線(xiàn)性電源更復(fù)雜，但效率更高。這很好，因?yàn)樗鼫p少了PCB設(shè)計(jì)人員處理熱管理的工程時(shí)間，但不幸的是，它帶來(lái)了一系列不同的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電路可能會(huì)產(chǎn)生大量的電磁噪聲，PCB設(shè)計(jì)人員需要對(duì)其進(jìn)行管理。這種電噪聲會(huì)影響PCB上的其他電路元件，并會(huì)發(fā)射到電路板之外影響附近的設(shè)備。在極端情況下，電源電路產(chǎn)生的噪聲會(huì)通過(guò)主電源線(xiàn)傳導(dǎo)回，從而影響連接到同一主電源的其他設(shè)備。
另一個(gè)潛在的噪聲問(wèn)題是，開(kāi)關(guān)模式電路往往會(huì)在輸出端產(chǎn)生紋波電壓，如果管理不當(dāng)，可能會(huì)通過(guò)平行或成束導(dǎo)線(xiàn)走線(xiàn)之間的電容或電感耦合在電路板上產(chǎn)生干擾。有一個(gè)更微妙的問(wèn)題是安裝開(kāi)關(guān)電路的PCB上可能出現(xiàn)接地反彈?？焖匍_(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致電路板中開(kāi)關(guān)組件連接到接地層的點(diǎn)的接地電位發(fā)生短暫變化。這會(huì)導(dǎo)致電路板地平面上出現(xiàn)暫時(shí)的電位差。在極端情況下，這種差異可能會(huì)導(dǎo)致電路板遠(yuǎn)處的組件觀察到由這種虛假電位差引起的感知信號(hào)并對(duì)其做出反應(yīng)。
PCB布局指南
接地
除非空間受到限制，否則允許電路板設(shè)計(jì)包含堅(jiān)固的電源接地層以提供電磁屏蔽。如果無(wú)法將整個(gè)層投入使用，請(qǐng)至少考慮覆蓋電源組件下方整個(gè)區(qū)域的接地多邊形。
電源的地平面應(yīng)與電路其余部分的公共地分開(kāi)，減少噪聲耦合效應(yīng)。此外，這兩個(gè)地之間的連接應(yīng)限制在板上的一點(diǎn)，以防止接地環(huán)路。
微量電導(dǎo)率
使電源電路的走線(xiàn)盡可能短而寬，以減少電阻損耗和電磁噪聲輻射。在空間允許的情況下，建議使用多邊形澆筑。這對(duì)于熱導(dǎo)率至關(guān)重要的線(xiàn)性電源尤其重要。
建議在電路板設(shè)計(jì)中包含使用通孔連接電源和接地平面的實(shí)心填充內(nèi)層，以獲得更大效果。應(yīng)避免使用通孔將電源走線(xiàn)從一層切換到另一層，因?yàn)橥讓⒊洚?dāng)阻抗增加的點(diǎn)。連接多邊形的多個(gè)通孔提供了更好的解決方案。
性能將受到銅層厚度的影響，盡管增加厚度會(huì)帶來(lái)價(jià)格溢價(jià)，因此可能需要在成本和性能之間進(jìn)行權(quán)衡。
增加導(dǎo)電性的另一種選擇是通過(guò)更改阻焊層在外板層上添加焊錫層。但是，您可以通過(guò)在電路板上安裝電源組件的點(diǎn)之間添加PCB匯流條或外部電線(xiàn)來(lái)獲得更好的性能。
元件放置
由于需要盡可能短的走線(xiàn)，電源組件應(yīng)以較佳方向盡可能靠近在一起，以實(shí)現(xiàn)較短的走線(xiàn)長(zhǎng)度。這可以包括在電路板的兩側(cè)安裝零件以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
跟蹤路由
理想情況下，承載敏感信號(hào)的走線(xiàn)應(yīng)在未連接的板層上遠(yuǎn)離電源，通過(guò)接地層與電源走線(xiàn)隔開(kāi)。信號(hào)走線(xiàn)不應(yīng)與承載電源的電源走線(xiàn)平行，以防止從電源到信號(hào)的噪聲耦合。如果接近是不可避免的，信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)與電源走線(xiàn)成90度交叉，大限度地減少噪聲耦合效應(yīng)。
熱管理
所有電源電路都會(huì)產(chǎn)生熱量，因此電路板設(shè)計(jì)需要包括熱管理。因此，布局的首要考慮應(yīng)該是元件放置，盡可能將發(fā)熱元件與熱敏感元件分開(kāi)，同時(shí)保持較短的走線(xiàn)長(zhǎng)度。
下一個(gè)考慮是使用電路板的銅提供導(dǎo)熱性，以將熱量更均勻地分布在遠(yuǎn)離熱點(diǎn)和允許散熱的區(qū)域。
開(kāi)關(guān)模式電源的一個(gè)潛在問(wèn)題是反饋控制電路通常包含需要與發(fā)熱開(kāi)關(guān)元件共置的溫度敏感元件。如果不加以檢查，熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致電源不穩(wěn)定并加劇散熱問(wèn)題。
概括
電源可能是PCB中大多數(shù)熱和噪聲問(wèn)題的來(lái)源，因此電路板設(shè)計(jì)必須從一開(kāi)始就考慮到這一點(diǎn)。良好的電路板設(shè)計(jì)始于良好的電源布局。