可減少負載點轉換器模塊的噪聲耦合的PCB布局

現(xiàn)代電子系統(tǒng)板需要多個非隔離負載點（POL）DC/DC轉換器模塊，為眾多IC供電，包括微處理器，存儲器，邏輯和其他半導體芯片。由于這些多層印刷電路板（PCB）密集，因此用于為這些器件供電的POL模塊也與微型封裝中的分立無源和有源元件高度集成。

由于這些模塊是高頻工作的開關穩(wěn)壓器，具有快速瞬態(tài)響應，因此必須通過適當?shù)?a target="_blank">電源/控制布線將它們正確放置在PCB上，以最大限度地降低噪聲耦合，確保無故障運行并保持最佳性能。

正如Lineage Power（現(xiàn)為GE Energy）應用筆記AN04-0061中所述，標題為“非隔離變換器應用指南”，開關DC/DC轉換器是快速變化的電場和磁場的來源。因此，它們產(chǎn)生的EMI頻譜范圍從大約300 kHz的典型開關頻率（對于GE的Austin Lynx II系列模塊）到兆赫范圍內(nèi)的諧波。因此，為了最小化這些不希望的頻率對電路板上其他元件的影響，DC/DC轉換器模塊在PCB上的位置是至關重要的。因此，必須將模塊小心地放在電路板上，并考慮其周圍其他元件的位置。

除了在模塊的輸入和輸出端子采用正確濾波之外，還建議正確布置連接電源模塊的互連或走線，以便從這些轉換器模塊獲得最佳性能。

最小化噪聲

為了說明非隔離POL模塊的PCB布局指南，讓我們考慮GE Energy的Austin Lynx II，SuperLynx II和TLynx系列降壓DC/DC轉換器的示例布局。由于降壓轉換器的輸入電流是不連續(xù)的，因此Austin Lynx II，SuperLynx II和TLynx系列轉換器采用輸入濾波電容。值得注意的是，進入DC/DC模塊的輸入電流會產(chǎn)生明顯的紋波分量，從而產(chǎn)生疊加在輸入源上的電壓紋波。

由于這種高頻紋波電壓和電流可能是噪聲的潛在來源，因此必須將其降至最低。因此，為了避免噪聲耦合，必須最小化用于DC/DC轉換器模塊的功率和信號跡線的環(huán)路面積。此外，輸入和輸出濾波電容必須盡可能靠近電源轉換器模塊。

使用Austin Lynx II模塊的典型應用電路如圖1所示。如圖所示，輸入（CIN）和輸出（COUT）引腳使用具有低等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容。提供這些電容器的元件制造商，也稱為大容量電容器，包括TDK和Murata。這種應用中的典型值為數(shù)十或數(shù)百微法（μF）。

圖1：Austin Lynx II DC/DC轉換器模塊的典型應用電路用外部電容器描述。

為降低模塊輸入和輸出端的高頻開關噪聲，應將0.1μF（0603）和1.0μF（0603）小型封裝陶瓷電容放置在輸入和輸出引腳上。模塊。

圖2顯示了圖1中所示的Austin Lynx II模塊的物理布局。該示例顯示了在多層PCB上設計模塊時必須遵循的重要指南。為簡單起見，假設所有三個電源走線（輸入，輸出和接地）都位于PCB的頂層，即放置Austin Lynx II模塊的位置。

這里最重要的指導方針是將地平面（圖2中的綠色）延伸到模塊下方的區(qū)域。 GE的指南不建議使用此空間來布線信號走線，除非它們位于地平面下方的內(nèi)層。 VOUT和接地層靠得很近，以最大限度地減少輸出側的互連電感。輸出電容（COUT）盡可能靠近輸出/接地引腳連接，以提供最有效的輸出濾波。類似地，在輸入端，通過將VIN和接地層靠近放置，使輸入電容盡可能靠近輸入/接地引腳，使互連電感最小化。

圖2：Austin Lynx II轉換器模塊的簡化印刷電路板（PCB）布局。

推薦的PCB布局

簡而言之，Austin Lynx II DC/DC轉換器的位置可以最大限度地減少環(huán)路面積和噪聲耦合。信號走線不應布線在模塊下方，除非它們夾在地平面之間，以避免噪聲耦合。同樣，為防止任何耦合，不應在模塊下放置任何組件。如圖2所示，只有接地平面位于模塊下方。

為便于維修和從PCB上拆下可表面安裝的DC/DC模塊，建議在模塊外形周圍留出4.0 mm（0.16 in。）的間隙。除了間隙外，它還可以隔離相鄰組件，使其在移除過程中不會受熱。

此外，GE指南還建議使用銅質平面來布線電源走線，包括輸入，輸出和接地連接。傳統(tǒng)上，在多層PCB中，頂層和底層主要用于路由信號。這導致內(nèi)層用于接地，輸入和輸出。對于非隔離轉換器模塊，由于輸入電壓通常用于饋送多個模塊，因此通常為其分配一層。輸出可以是另一層，也可以是同一層的一部分。但是，在表面貼裝模塊的情況下，需要多個過孔來將電流從頂層傳輸?shù)絻?nèi)部電源層。這里的經(jīng)驗法則是每個通孔有3 A，推薦的通孔尺寸為22 mils（0.022 in?；?60μm）鍍通孔。對于控制引腳，每個引腳一個通孔被認為是足夠的。過孔也應位于電流方向，以獲得最佳性能。對于大容量電容，建議每個電容連接一個或兩個過孔。

對于信號走線，該公司建議走線寬度為7至10密耳（180至250微米）。

圖3顯示了Austin Lynx II模塊的布局，顯示了位于輸出，輸入和接地引腳附近的過孔，用于將電流傳輸?shù)絻?nèi)層。

圖3：Austin Lynx II轉換器模塊的推薦PCB布局顯示了過孔的位置。

盡管內(nèi)部測試結果未在參考的應用筆記中提供，但制造商表示，遵循此處提供的指南可以最大限度地減少與在多層PCB上安裝POL DC/DC轉換器模塊相關的噪聲和EMI問題。