最新电源DCDC电路原理设计及PCB布线注意事项大全Word文档格式.docx
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大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波；
额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。
2.二极管：
通常都用肖特基二极管。
选择时要考滤反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。
3.电容：
电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。
容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小（当然和电感也有关）。
如何得到一个电源纹波相对较小、对系统其他电路干扰相对较小，而且相对稳定可靠的DC-DC电路，需要对以上电路的原理做如下修改：
输入部分：
电源输入端需要加电感电容滤波。
目的：
由于MOS管的开关及电感在瞬间的变化会造成输入电源的波动，尤其是在系统耗电波动较大时，影响更为明显。
输出部分：
（1）假定C2的选择的100uF是正确的，我们想得到更小的纹波，可以将100uF的电容改成两颗47uF的电容（基于相同类型的电容）；
如果100uF电容采用的是铝电解，可以在原来的基础上加一颗10uF的磁片电容或钽电容。
（2）在输出端再加一颗电容和一颗电容对原来的电源做一个LC滤波，会得到一个纹波更小的电源。
PCB布线时，应注意几点：
输入电源与MOS的连线要尽可能的粗。
Vgs也要粗一点，千万不要以为粗细没关系，（注：
一般系统功率相对较低时，输出电流不大，粗细的影响不明显）关键时刻会影响电源的稳定性。
CR1，L1尽量靠近Q1。
C2尽量靠近L1。
反馈电阻的线尽量远离电感L1。
5.
反馈电压的地与系统的地尽量的近，保持在一个电位上。
6.
CR1的地线千万要粗，在MOS的打开的时间里，L１的电流是由ＣＲ１的通路提供，即由地流向Ｌ１。
附实例：
Lm系列电源芯片布线指导
1.BoththedesignerandtheCADpersonneedtobeawarethatthedesignofaswitchingpowerconverterisonlyasgoodasitslayout
设计者和CAD布局者都要明白：
开关转换器的设计仅仅是布局良好的一方面。
2.TheoverallsubjectofPCBdesignisanextremelywideone,embracingseveraltest/mechanical/productionissuesandalsoinsomecasescompliance/regulatoryissues.Thereisalsoacertainamountofphysics/electromagneticsinvolved,
PCB设计的总体具体是一个非常广泛，包括几个测试/机械/生产问题，并在某些情况下遵守/管理问题。
也有涉及到一些物理学和电磁学的问题。
3.wehaveprovidedrecommendedstartingpointsforlayoutwhenusingthepopularLM267x,LM259xandLM257xfamilies（Figure2）Thefocusisonthestep-down（Buck）SimpleSwitcherICsfromNational,butthesameprinciplesholdforanytopologyandswitchingpowerapplication
我们对布局提供建议的出发点是使用比较流行的LM267x、LM259x和LM257x系列，主要集中在降压（Buck）简单开关电源转换芯片，但是同样的原则在其它的任何拓补结构和开关电源应用中依然适用。
4.Inswitchingregulatorlayout,itistheACpathsthatareconsideredcritical,whereastheDCpathsarenot.Thatistheonlybasicruletobekeptinmind,andfromwhichalltheothersfollow.Thisisalsotrueforanytopology。
在开关稳压器的布局中，考虑交流路径是非常必要的，而直流路径则显得不是很重要，这是唯一值得牢牢记住的基本原则，并且，同其它原则一样，这也适用于任何布局拓补结构。
5.PerformananalysisofthecurrentflowforanytopologyinthesamemanneraswedidfortheBuck,tofindthe’differencetraces’:
andthesetracesarebydefinitionthe’critical’onesforlayout.
对执行中的任何拓补结构进行电流路径，采用我们分析Buck降压器时同样的分析方法，来找出不同路径，这些不同路径的确定是布局的关键。
6.everyinchoftracelengthhasaninductanceofabout20nH。
Likethetraceresistance,thattoodoesn’tseemmuchatfirstsight.ButitisthisratherminuteinductancewhichisinfactresponsibleforagreatmanycustomercallsinSIMPLESWITCHERapplications!
每英寸长度的走线会产生大约20nH的电感效应。
初次看起来，这电感大小和电阻一样小得可以忽略，但是，这正是对许多客户在简单电源转换应用中要负责任的（要值得关注的）。
7.thechangeincurrentintheACsectionsofatypicalbuckconverterisabout1.2timestheloadcurrentduringtheswitchturn-offtransitionandisabout0.8timestheloadcurrentduringtheswitchturn-ontransition
在典型的降压转换器的交流变化电流部分，在开关关断过程中，大约有1.2倍的负载电流，约0.8倍的负载电流在开关开通的过程中。
8.TheACandDCCurrentPaths，注意直流和交流电流路径
9.PlacingComponents‘acap’（asCloseasPossible）theinputcapacitors,especiallythebypasscapacitor‘CBYPASS’shouldbeplacedveryclosetotheIC,evenforaBuckIC放置输入电容特别是旁路电容尽可能的靠近IC芯片。
即使是降压IC。
10.Thereforeahighfrequency‘bypass’or‘decoupling’capacitorwithsmallornoleads,istobeplacedveryclosetotheVINandGNDpinsoftheIC.Thisisusuallya0.1µ
F–0.47µ
F（monolithic）multilayerceramic（.因此，在高频中，旁路电容或者去耦电容很小，并且放置在离芯片的VIN和GND管脚越近越好，这个电容通常是1.0—0.47uF的多层陶瓷电容。
11.Forlighterloads,andifitispossibletoplacetheinputbulkcapacitorveryclosetotheIC,thehighfrequencybypasscapacitormaysometimesbeomitted.Butforhigh-speedswitchersliketheLM267x,theinputceramicbypasscapacitorisconsideredalmostmandatoryforanyapplication.对于轻微的负载，尽可能的放置大容量的电容器接近IC芯片，高频的旁路电容有时候可以忽略，但是在像LM267x等高速开关转换应用中，输入的旁路陶瓷电容被认为几乎在所有的应用中石必须的。
12.ItisessentialtoplacethecatchdiodeveryclosetotheICandconnectitdirectlytotheSWpinandGNDpinsoftheIC,withtracesthatareveryshortandfairlywide.放置集流二极管距离IC很近、并且直接连接到SW脚和GND脚是很有必要的，这样的放置会使导线很短和很宽。
13.severalviasinparallelwillyieldbetterresultsthanasinglevia.Andlargerviadiameterswouldhelpfurther（unlesstheyarebeingusedas’thermalvias用几个并行的过孔将会得到比使用一个过孔的效果更好，并且大的过孔直径还可以进一步增大。
14.acommon‘intuitive’mistakeistoassumethatinductanceisinverselyproportionaltothewidthofthetrace.一个普遍的错误是认为电感感性和导线的宽度成反比。
15.注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则：
A.单板左边和下边的延长线交汇点。
B.单板左下角的第一个焊盘。
板框四周倒圆角，倒角半径5mm，特殊情况参考结构设计要求。
16.按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。
17.布局操作的基本原则
A.遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优
先布局．
B.布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件．
C.布局应尽量满足以下要求：
总的连线尽可能短、关键信号线最短、高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开、模拟信号与数字信号分开、高频信号与低频信号分开、高频元器件的间隔要充分．
D.相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；
E.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；
18.元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元、器件周围要有足够的空间。
19.需用波峰焊工艺生产的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。
当安装孔需要接地时,应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。
20.焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直，阻排及SOP（PIN间距大于等于1.27mm）元器件轴向与传送方向平行；
PIN间距小于1.27mm（50mil）的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。
21.IC去偶电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短。
22.元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起,以便于将来的电源分隔。
23.用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。
串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil。
匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端，对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。
24.
25.在高速数字电路设计中，电源与地层应尽量靠在一起，中间不安排布线。
所有布线层都尽量靠近一平面层，优选地平面为走线隔离层。
26.测试孔
测试孔是指用于ICT测试目的的过孔，可以兼做导通孔，原则上孔径不限，焊盘直径应不小于25mil，测试孔之间中心距不小于50mil。
不推荐用元件焊接孔作为测试孔。
27.定义和分割平面层
A.平面层一般用于电路的电源和地层（参考层），由于电路中可能用到不同的电源和地层，需要对电源层和地层进行分隔，其分隔宽度要考虑不同电源之间的电位差，电位差大于12V时，分隔宽度为50mil，反之，可选20--25mil。
B.平面分隔要考虑高速信号回流路径的完整性。
C.当由于高速信号的回流路径遭到破坏时，应当在其他布线层给予补尝。
例如可用接地的铜箔将该信号网络包围，以提供信号的地回路。
28.布线优先次序
关键信号线优先原则：
电源、摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线
密度优先原则：
从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。
从单板上连线最密集的区域开始布线。
29.尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。
必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。
30.电源层和地层之间的EMC环境较差，应避免布置对干扰敏感的信号。
31.进行PCB设计时应该遵循的规则
1）地线回路规则：
环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。
针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；
在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。
2）窜扰控制
串扰（CrossTalk）是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是
由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。
克服串扰的主要措施是：
加大平行布线的间距，遵循3W规则。
在平行线间插入接地的隔离线。
减小布线层与地平面的距离。
3）屏蔽保护
对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多见于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；
对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。
4）走线的方向控制规则：
即相邻层的走线方向成正交结构。
避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；
当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。
5）走线的开环检查规则：
一般不允许出现一端浮空的布线（DanglingLine）,
主要是为了避免产生"
天线效应"
，减少不必要的干扰辐射和接受，否则可能带来不可预知的结果。
6）阻抗匹配检查规则：
同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。
在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
7）走线终结网络规则：
在高速数字电路中，当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间（或下降时间）的1/4时，该布线即可以看成传输线，为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配，可以采用多种形式的匹配方法，所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴结构有关。
A.对于点对点（一个输出对应一个输入）连接，可以选择始端串联匹配或终端并联匹配。
前者结构简单，成本低，但延迟较大。
后者匹配效果好，但结构复杂，成本较高。
B.对于一点对多点（一个输出对应多个输出）连接，当网络的拓朴结构为菊花链时，应选择终端并联匹配。
当网络为星型结构时，可以参考点对点结构。
星形和菊花链为两种基本的拓扑结构,其他结构可看成基本结构的变形,可采取一些灵活措施进行匹配。
在实际操作中要兼顾成本、功耗和性能等因素，一般不追求完全匹配，只要将失配引起的反射等干扰限制在可接受的范围即可。
8）走线闭环检查规则：
防止信号线在不同层间形成自环。
在多层板设计中容易发生此类问题，自环将引起辐射干扰。
9）走线的分枝长度控制规则：
尽量控制分枝的长度，一般的要求是Tdelay<
=Trise/20。
10）走线的谐振规则：
主要针对高频信号设计而言，即布线长度不得与其波长成整数倍关系，以免产生谐振现象。
11）走线长度控制规则：
即短线规则，在设计时应该尽量让布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。
对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。
12）倒角规则：
PCB设计中应避免产生锐角和直角、产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。
13）器件去藕规则：
A.在印制版上增加必要的去藕电容，滤除电源上的干扰信号，使电源信号稳定。
在多层板中，对去藕电容的位置一般要求不太高，但对双层板，去藕电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性，有时甚至关系到设计的成败。
B.在双层板设计中，一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用，同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响，一般来说，采用总线结构设计比较好，在设计时，还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差。
C.在高速电路设计中，能否正确地使用去藕电容，关系到整个板的稳定性。
14）器件布局分区/分层规则：
A.主要是为了防止不同工作频率的模块之间的互相干扰，同时尽量缩短高频部分的布线长度。
通常将高频的部分布设在接口部分以减少布线长度，当然，这样的布局仍然要考虑到低频信号可能受到的干扰。
同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题，通常采用将二者的地分割，再在接口处单点相接。
B.对混合电路，也有将模拟与数字电路分别布置在印制板的两面，分别使用不同的层布线，中间用地层隔离的方式。
15）孤立铜区控制规则
孤立铜区的出现，将带来一些不可预知的问题，因此将孤立铜区与别的信号相接，有助于改善信号质量，通常是将孤立铜区接地或删除。
在实际的制作中，PCB厂家将一些板的空置部分增加了一些铜箔，这主要是为了方便印制板加工，同时对防止印制板翘曲也有一定的作用。
16）电源与地线层的完整性规则：
对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层的回路面积增大。
17）重叠电源与地线层规则：
不同电源层在空间上要避免重叠。
主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔地层。
18）3W规则：
为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。
如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W的间距。
19）20H规则：
由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰。
称为边沿效应。
解决的办法是将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。
以一个H（电源和地之间的介质厚度）为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内；
内缩100H则可以将有98%的电场限制在内。
20）五---五规则：
印制板层数选择规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板，这是一般的规则，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。
E.工艺设计要求
1.一般工艺设计要求参考《印制电路CAD工艺设计规范》
2.功能板的ICT可测试要求
A.对于大批量生产的单板，一般在生产中要做ICT（InCircuitTest）,为了满足ICT测试设备的要求，PCB设计中应做相应的处理，一般要求每个网络都要至少有一个可供测试探针接触的测试点，称为ICT测试点。
B.PCB上的ICT测试点的数目应符合ICT测试规范的要求，且应在PCB板的焊接面，检测点可以是器件的焊点，也可以是过孔。
C.检测点的焊盘尺寸最小为24mil（0.6mm），两个单独测试点的最小间距为60mil（1.5mm）。
D.需要进行ICT测试的单板，PCB的对角上要设计两个125MILS的非金属化的孔,为ICT测试定位用。
3.PCB标注规范。
钻孔层中应标明印制板的精确的外形尺寸，且不能形成封闭尺寸标注；
所有孔的尺寸和数量并注明孔是否金属化。
II.设计评审
A.评审流程
设计完成后，根据需要可以由PCB设计者或产品硬件开发人员提出PCB设计质量的评审，其工作流程和评审方法参见《PCB设计评审规范》。
B.自检项目
如果不需要组织评审组进行设计评审，可自行检查以下项目。
（四）大学生对手工艺制品消费的要求1.检查高频、高速、时钟及其他脆弱信号线，是否回路面积最小、是否远离干扰源、是否有多余的过孔和绕线、是否有垮地层分割区。
（1）价格低2.检查晶体、变压器、光藕、电源模块下面是否有信号线穿过，应尽量避免在其下穿线，特别是晶体下面应尽量铺设接地的铜皮。
开了连锁店，最大的好处是让别人记住你。
“漂亮女生”一律采用湖蓝底色的装修风格，简洁、时尚、醒目。
“品牌效应”是商家梦寐以求的制胜法宝。
3.检查定位孔、定位件是否与结构图一致，ICT定位孔、SMT定位光标是否加上并符合工艺要求。
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