開關(guān)電源PCB設(shè)計方案

1、開關(guān)電源的開關(guān)電源的PCB設(shè)計規(guī)范設(shè)計規(guī)范常用的PCB繪圖軟件vPCB軟件各有千秋。如果是從事專業(yè)PCB設(shè)計，有必要學(xué)習(xí)一個比較好的工具，如果只是一般開發(fā)工作的使用，protell，powerpcb（后來的PADS2005）都夠用了。POWERPCB繪制PCB好像比protell強些。POWERPCB的界面沒有protell友好，習(xí)慣了也無所謂了。先用上一款再說，再換別的工具也容易些。有的工具是原理圖方便，但PCB可能又遜色一點。仁者仁見，。開關(guān)電源PCB設(shè)計的重要性v設(shè)計高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源供應(yīng)器時，線路布局是相當(dāng)重要的一環(huán)。好的線路布局可以解決許多電源供應(yīng)器的問題；設(shè)計不夠周到的線路布局會產(chǎn)生

2、各式各樣的問題。這種問題尤其容易在高電流操作的環(huán)境下產(chǎn)生，而當(dāng)輸入/輸出電壓之間出現(xiàn)較大差異時，這些問題會變得更明顯。經(jīng)常出現(xiàn)的問題包括：高輸出電流及/或較大的輸入/輸出電壓差操作時出現(xiàn)電壓不穩(wěn)現(xiàn)象、輸出、開關(guān)波形出現(xiàn)過多噪音、電磁干擾以及操作不穩(wěn)定等現(xiàn)象。開關(guān)電源的開關(guān)電源的PCB設(shè)計的流程設(shè)計的流程v從原理圖到PCB的設(shè)計流程 建立元件參數(shù)輸入原理網(wǎng)表-設(shè)計參數(shù)設(shè)置-手工布局-手工布線-驗證設(shè)計復(fù)查-CAM輸出。參數(shù)設(shè)置v參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，對高、?/p>

3、電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。v當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。 元器件布局應(yīng)主意的事項v元器件布局實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲；由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。開關(guān)電

4、源都的四個電流回路1）電源開關(guān)交流回路； 2）輸出整流交流回路；3）輸入信號源電流回路； 4）輸出負(fù)載電流回路。開關(guān)電源四個電流回路v輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電，濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用；類似地，輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量，同時消除輸出負(fù)載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要，輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線端連接到電源；如果在輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連，交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。v電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很

5、高，其頻率遠(yuǎn)大于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路，每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。最佳設(shè)計流程 v建立開關(guān)電源布局的最好方法與其電氣設(shè)計相似，最佳設(shè)計流程如下：1）放置變壓器；2）設(shè)計電源開關(guān)電流回路；3）設(shè)計輸出整流器電流回路4）連接到交流電源電路的控制電路；5）設(shè)計輸入電流源回路和輸入濾波器； 設(shè)計輸出負(fù)載回路和輸出濾波器根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行

6、布局時，要符合以下原則： 首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。電路板的最佳形狀矩形，長寬比為3：2或4：3，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。 放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集。以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接, 去耦電容盡量靠近器件的VCC。 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。按照電路

7、的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。v布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起。盡可能地減小環(huán)路面積,以抑制開關(guān)電源的輻射干擾開關(guān)電源的PCB布線v布線開關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)。即使是通過直流信號的印制線也會從鄰近的印制線耦合到射頻信號并造成電路問題(甚至再次輻射出干擾信號)。因此應(yīng)將所有通過交流電流的印制線設(shè)計得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長度

8、與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。長度反映出印制線響應(yīng)的波長，長度越長，印制線能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。 同時、使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。接地是開關(guān)電源四個電流回路的底層支路，作為電路的公共參考點起著很重要的作用，它是控制干擾的重要方法。因此，在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線的放置，將各種接地混合會造成電源工作不穩(wěn)定 。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點v布線開關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長度和寬度會影

9、響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)。即使是通過直流信號的印制線也會從鄰近的印制線耦合到射頻信號并造成電路問題(甚至再次輻射出干擾信號)。v因此應(yīng)將所有通過交流電流的印制線設(shè)計得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點v長度反映出印制線響應(yīng)的波長，長度越長，印制線能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。 同時、使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

10、接地是開關(guān)電源四個電流回路的底層支路，作為電路的公共參考點起著很重要的作用，它是控制干擾的重要方法。因此，在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線的放置，將各種接地混合會造成電源工作不穩(wěn)定。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點u正確選擇單點接地通常，濾波電容公共端應(yīng)是其它的接地點耦合到大電流的交流地的唯一連接點，同一級電路的接地點應(yīng)盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級接地點上，主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的，因?qū)嶋H流過的線路的阻抗會導(dǎo)致電路各部分地電位的變化而引入干擾。在本開關(guān)電源中，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而采用一點接地

11、，即將電源開關(guān)電流回路 （中的幾個器件的地線都連到接地腳上，輸出整流器電流回路的幾個器件的地線也同樣接到相應(yīng)的濾波電容的接地腳上，這樣電源工作較穩(wěn)定，不易自激。做不到單點時，在共地處接兩二極管或一小電阻，其實接在比較集中的一塊銅箔處就可以。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點u 盡量加粗接地線 若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，因此要確保每一個大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線，如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm，也可用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都

12、與地相連接作為地線用。進(jìn)行全局布線的時候，還須遵循以下原則：在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點1）布線方向：從焊接面看，元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致，因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進(jìn)行各種參數(shù)的檢測，故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查，調(diào)試及檢修（注：指在滿足電路性能及整機(jī)安裝與面板布局要求的前提下）。 設(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線拐角應(yīng)90度,力求線條簡單明了。 2）印刷電路中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”

13、過去，在特殊情況下如何電路很復(fù)雜，為簡化設(shè)計也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。因采用單面板，直插元件位于top面，表貼器件位于bottom面，所以在布局的時候直插器件可與表貼器件交疊，但要避免焊盤重疊。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點u輸入地與輸出地本開關(guān)電源中為低壓的DCDC，欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級，兩邊的電路應(yīng)有共同的參考地，所以在對兩邊的地線分別鋪銅之后，還要連接在一起，形成共同的地。檢查v布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查線與線、線與元件焊盤、線與貫通孔、元件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的

14、距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 電源線和地線的寬度是否合適，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。注意： 有些錯誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時會出錯；另外每次修改過走線和過孔之后，都要重新覆銅一次。檢查v六、復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置，還要重點復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。v七、設(shè)計輸出 輸出光繪文件的注意事項： 需要輸出的層有布線層（底層） 、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層（底層阻焊）、鉆孔層（底層），另外還要生成鉆孔文件

15、（NC Drill），設(shè)置絲印層的Layer時，不要選擇Part Type，選擇頂層（底層）和絲印層的Outline、Text、Linec. 在設(shè)置每層的Layer時，將Board Outline選上，設(shè)置絲印層的Layer時，不要選擇Part Type，選擇頂層（底層）和絲印層的Outline、Text、Line。d. 生成鉆孔文件時，使用PowerPCB的缺省設(shè)置，不要作任何改PCB 布線的其他設(shè)計要求布線的其他設(shè)計要求v在PCB 設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個PCB 中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB 布線有單面

16、布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。v自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。對目前高密度的PCB 設(shè)計已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費了許多寶

17、貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計過程是一個復(fù)雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計人員去自已體會， 才能得到其中的真諦。電源、地線的處理電源、地線的處理v既使在整個PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對每個從事電子產(chǎn)品設(shè)計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因

18、， 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：（1）眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。（2）盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是： 地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm。 對數(shù)字電路的PCB 可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 。（3）、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。數(shù)字電路與模擬電路的共地處理數(shù)字電路與模擬電路的共地處理v現(xiàn)在有許多PCB 不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路）

19、，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。v數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB 對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB 內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB 與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB 上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。信號線布在電（地）層上信號線布在電（地）層上v在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再

20、多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。大面積導(dǎo)體中連接腿的處理大面積導(dǎo)體中連接腿的處理v在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器。容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減

21、少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用v在許多CAD 系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機(jī)類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行。v標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1 英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1 英寸的整倍數(shù)，如：0.05 英寸、0.02

22、5 英寸、0.02 英寸等。設(shè)計規(guī)則檢查（設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）1v布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：（1）、線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間 的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。（2）、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在 PCB 中是否還有能讓地線加寬的地方。設(shè)計規(guī)則檢查（設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）2（3）、對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出 線被明顯地分開。（4）、模擬電路和數(shù)字電路

23、部分，是否有各自獨立的地線。（5）后加在PCB 中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會造成信號短路。（6）對一些不理想的線形進(jìn)行修改。（7）、在PCB 上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適， 字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。（8）、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成 短路。高速PCB設(shè)計中的串?dāng)_分析與控制 vEDA技術(shù)已經(jīng)研發(fā)出一整套高速PCB和電路板級系統(tǒng)的設(shè)計分析工具和方法學(xué)，這些技術(shù)涵蓋高速電路設(shè)計分析的方方面面：靜態(tài)時序分析、信號完整性分析、EMI/EMC設(shè)計、地彈反射分析、功率分析以及高速布線器。同時還包括信號完整性

24、驗證和Sign-Off，設(shè)計空間探測、互聯(lián)規(guī)劃、電氣規(guī)則約束的互聯(lián)綜合，以及專家系統(tǒng)等技術(shù)方法的提出也為高效率更好地解決信號完整性問題提供了可能。信號完整性分析與設(shè)計是最重要的高速PCB板級和系統(tǒng)級分析與設(shè)計手段，在硬件電路設(shè)計中扮演著越來越重要的作用，這里將討論信號完整性問題中的信號串?dāng)_。 串?dāng)_解決方案1 v信號之間由于電磁場的相互耦合而產(chǎn)生的不期望的噪聲電壓信號稱為信號串?dāng)_。串?dāng)_超出一定的值將可能引發(fā)電路誤動作從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。解決串?dāng)_問題問題可以從以下幾個方面考慮： va. 在可能的情況下降低信號沿的變換速率 通常在器件選型的時候，在滿足設(shè)計規(guī)范的同時盡量選擇慢速的器件，并且避免

25、不同種類的信號混合使用，因為快速變換的信號對慢變換的信號有潛在的串?dāng)_危險。 串?dāng)_解決方案2vb. 采用屏蔽措施 為高速信號提供包地是解決串?dāng)_問題的一個有效途徑。然而，包地會導(dǎo)致布線量增加，使原本有限的布線區(qū)域更加擁擠。另外，地線屏蔽要達(dá)到預(yù)期目的，地線上接地點間距很關(guān)鍵，一般小于信號變化沿長度的兩倍。同時地線也會增大信號的分布電容，使傳輸線阻抗增大，信號沿變緩。 vc. 合理設(shè)置層和布線 合理設(shè)置布線層和布線間距，減小并行信號長度，縮短信號層與平面層的間距，增大信號線間距，減小并行信號線長度(在關(guān)鍵長度范圍內(nèi))，這些措施都可以有效減小串?dāng)_。串?dāng)_解決方案3vd. 設(shè)置不同的布線層 為不同速率的信號設(shè)置不同的布線層，并合理設(shè)置平面層，也是解決串?dāng)_的好方法。 ve. 阻抗匹配 如果傳輸線近端或遠(yuǎn)端終端阻抗與傳輸線