一簡(jiǎn)介

PCB 布局和參考回流路徑的設(shè)計(jì)在電路的 EMC 性能中都是至關(guān)重要的因素，且對(duì)于電源轉(zhuǎn)換電路來(lái)說(shuō)尤其重要。因此設(shè)計(jì)初期將回流路徑可視化是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)將回流路徑可視化，可以輔助設(shè)計(jì)和控制整個(gè)回路的區(qū)域。

可視化回流路徑可以直觀看到整個(gè)信號(hào)或者電源的工作區(qū)域，從而找到減少回路感抗和高頻阻抗的方法。在單層PCB設(shè)計(jì)時(shí)，我們沒(méi)有完整的地返回平面，有時(shí)這就需要引用額外的去耦電容或者“飛線(xiàn)”，以便減少回路面積。圖1為一個(gè)飛線(xiàn)的例子。

圖1：?jiǎn)螌语w線(xiàn)連接GND

在兩層板中，相對(duì)于單層板具有更多的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷优c層之間走線(xiàn)可以由過(guò)孔連接，并優(yōu)化回路面積。圖 2 顯示了在頂層和底層通過(guò)過(guò)孔連接GND,并改善回流路徑的示例。

圖2兩層板示意圖

有時(shí)在做PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)建議割地處理（例如模擬和數(shù)字地），但根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這樣做往往會(huì)導(dǎo)致額外的EMC問(wèn)題。

二可視化完整的回流路徑

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們建議將所有電源和信號(hào)路徑的正向和返回電流分三步繪制。步驟 1：在原理圖上繪制的完整的電源路徑。第2步：在PCB圖上同樣繪制電源路徑。步驟 3：根據(jù)上面兩步的結(jié)果，優(yōu)化 PCB 布局和最小化環(huán)路面積。

在討論DC-DC電路設(shè)計(jì)時(shí)，回流路徑的設(shè)計(jì)一直是關(guān)注的重點(diǎn)。如圖 3 所示，一款DC-DC降壓電路的原理圖和PCB布局。圖 3a：原理圖。圖 3b：PCB。

圖 3：a）原理圖 b）PCB

對(duì)圖3電路可視化回流路徑，參考圖4。電流的正向路徑為ABCD ，電流返回路徑為EFG 。

圖4：PCB的輸出濾波部分

在直流或低頻（低于100kHz ），電流會(huì)沿著阻值最小的路徑返回源端。在較高頻率下，回流信號(hào)會(huì)走感抗最小路徑。該感抗由電流的正向和返回路徑所形成的環(huán)路面積決定。當(dāng)回流路徑直接位于電流正向路徑下方時(shí)，此時(shí)整個(gè)環(huán)路面積最小，感抗也最小。這意味著如果有完整的地平面，高頻電流會(huì)直接在正向路徑下方的地平面回流到源端，如圖 4 所示。

接下來(lái)，讓我們看看圖 5 所示。

圖5：DC-DC濾波電路PCB

如圖所示，我們假設(shè)電流路徑從 U1（DC-DC芯片）的 Vin 開(kāi)始。在這種情況下，高頻電流有多個(gè)可能的返回路徑。高頻電流會(huì)根據(jù)頻率不同選擇經(jīng)過(guò)C7,C8或C9返回芯片源端，如圖5所示。例如，100MHz 的噪聲可能會(huì)選擇通過(guò)較小容值的C9回流，而較低頻率的噪聲（例如 500kHz）可能會(huì)選擇通過(guò)較大容值的 C7 或 C8回流。

三經(jīng)驗(yàn)法則

為了減少了電流環(huán)路面積，并有助于減少開(kāi)關(guān)電源的輻射和傳導(dǎo)發(fā)射，有以下是幾個(gè) EMC 經(jīng)驗(yàn)法則：

1.在可能的情況下，在信號(hào)層底下保持完整的參考平面

2.將去耦和旁路電容盡可能靠近 IC 引腳放置。

3. 高速信號(hào)線(xiàn)盡量短，且挨著地線(xiàn)布線(xiàn)，以確保低阻抗路徑（最小環(huán)路面積）。

4.在內(nèi)部開(kāi)關(guān)和續(xù)流二極管之間放置RC吸收電路，且吸收電路走線(xiàn)盡量短。

5.在開(kāi)關(guān)元件（IC、電感等）下方鋪設(shè)完整參考平面。

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原文標(biāo)題：PCB 布局注意事項(xiàng)

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審核編輯：湯梓紅