电源设计的PCB要点
电子设计宝典 2024-06-07

电源类型选择和位置

电源应尽可能靠近负载放置,以减少压降和电感。


应考虑电源冗余,避免单个电源故障导致整个系统崩溃。 一般来说,会选择线性稳压器或者开关模式稳压器。线性稳压器提高低噪声输出,但散热较高,需要冷却系统。开关模式稳压器在较宽的电流范围内效率很高,但开关噪声会导致响应出现尖峰。


电源的热管理

电源的性能直接取决于散热,大多数电子元件在电流通过时都会发热。发出的热量取决于组件的功率水平、特性和阻抗。如面所述,合适的稳压器可以减少电路中的散热。开关稳压器的效率很高,因为散发的热量较少。


电源布局应尽可能统一,避免出现热点。


电源层面分配

接地层和电源层是用于电力传输的低阻抗路径。电源需要单独的接地层来分配功率、降低EMI、最大限度低减少串扰并减少电压降。电源层专用于电力传输到PCB的所需区域。


电源设计应符合电磁兼容标准,以确保系统的电磁干扰最小化。


减少回路电感

当电容安装在PCB板上时,就会存在一个额外的回路电感,这个电感就与电容的安装有关系。回路电感值的大小是依赖于设计的。


回路电感的大小取决于电容到过孔的这段线的线宽和线长,走线的长度即连接电容和电源/地平面长度,两个孔间的距离,孔的直径,电容的焊盘,等等。


减小电容回路电感的设计要点:

1)孔要放在离电容尽可能近的地方。减小电源/地的孔间距。如果可以,用多对电源/地孔并联在一起。诸如电流极性相反的两个孔放置的尽量近,电流极性相同的孔放置的尽量远。


2)用短而宽的走线来连接孔和电容引脚。


3)把电容摆放在PCB的表面(顶层和底层)尽量靠近他们相应的电源/地平面。这样能减小孔之间的距离。在电源/地之间用薄的电解质。


假设一块20层的PCB板总共有115mil的厚度。电源层在第3层。从第一层到第3层的厚度有12mil。那么从底层到第3层的厚度就是103mil。电源和地层被3mil后的电介质分离开。对于这种轨迹的BGA孔的电感大小为5nH(对于这种电源轨迹5对孔)。为了应对层比较紧密的布局布线区域,与之相关联的去耦电容都安装在底层。由于这样安装会有很长的过孔,这种权衡设计导致了很高的电容安装电感值。经过充分优化后,0402封装的电容在底层的安装电感是2.3nH,而同样的电容放在顶层的安装电感是0.57nH。


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