MAX8660/MAX8661 PCB布局指南

摘要：MAX8660/MAX8661評(píng)估板提供了一個(gè)使用單側(cè)印刷電路板(PCB)布局以優(yōu)化性能的實(shí)例。盡管評(píng)估板的PCB布局提供了最佳性能并可簡(jiǎn)化評(píng)估，但也可以采用其他PCB布局。本應(yīng)用筆記給出了采用MAX8660/MAX8661實(shí)現(xiàn)可靠PCB布局的詳細(xì)步驟。

引言

MAX8660/MAX8661是高度集成的電源管理IC (PMIC)。高效率、小尺寸使得這些器件可理想用于智能電話、PDA以及便攜式媒體播放器等電池供電產(chǎn)品。

良好的印刷電路板(PCB)布局是實(shí)現(xiàn)MAX8660/MAX8661的最佳性能的必要條件。MAX8660評(píng)估板(EVKIT)提供了一個(gè)可優(yōu)化器件性能的布局實(shí)例。針對(duì)無法使用該布局的應(yīng)用，本應(yīng)用筆記提供了在基于MAX8660的設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)和設(shè)計(jì)技巧，以保證實(shí)現(xiàn)最佳性能。

MAX8660EVKIT

MAX8660EVKIT提供一種PCB布局實(shí)例，具有以下特征：

• 四層板
• 1盎司鍍銅
• 所有器件均在PCB的一層
• 第1層和第2層之間采用了5mil過孔，傳輸數(shù)字信號(hào)

MAX8660/MAX8661并非一定要求單層PCB布局–也可以使用2側(cè)布局?？紤]以下原因，MAX8660EVKIT使用了單側(cè)PCB布局：

• 降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的所有動(dòng)態(tài)開關(guān)電流均分布在頂層，無動(dòng)態(tài)開關(guān)電流流經(jīng)過孔。
• 很多設(shè)計(jì)采用8至12層PCB。這通常會(huì)把PMIC等大噪聲器件放在PCB的一側(cè)，而GPS接收器等敏感器件放在另一側(cè)。由于電路板的中間層為地，可以有效地隔離兩側(cè)。MAX8660EVKIT設(shè)計(jì)為單側(cè)，所以能方便地移植到這些應(yīng)用中。
• 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，所有器件位于一側(cè)可便于測(cè)量。
• 另外，所有器件位于一側(cè)允許電路板平放在工作臺(tái)上，便于實(shí)驗(yàn)室評(píng)估。

為保持小的PCB尺寸，評(píng)估板使用了微型盲孔(1層和2層間5mil過孔)傳輸數(shù)字信號(hào)。不采用微型盲孔時(shí)，多占用一些電路板尺寸，也能達(dá)到類似效果。

Maxim建議MAX8660/MAX8661用戶盡可能按照MAX8660EVKIT進(jìn)行布局布線。為方便用戶，我們提供了MAX8660EVKIT布局的Gerber文件。1對(duì)于無法采用MAX8660EVKIT布局的PCB設(shè)計(jì)，本應(yīng)用筆記提供了實(shí)現(xiàn)可靠布局的詳盡步驟。

本應(yīng)用筆記的支持文檔

• MAX8660數(shù)據(jù)資料
• MAX8660EVKIT數(shù)據(jù)資料
• MAX8660EVKIT Gerber文件
• 電路板機(jī)械說明(附錄)

MAX8660/MAX8661 PCB布局順序

本段使用的參考設(shè)計(jì)指南與EVKIT數(shù)據(jù)資料的電路圖一致(請(qǐng)參考MAX8660EVKIT數(shù)據(jù)資料的圖4)。建議參考EVKIT數(shù)據(jù)資料的布局(EVKIT數(shù)據(jù)資料的圖5、6、7、8和9)，并遵循以下建議：

該流程的要素按重要性高低排列，最先條目最為重要。

1. 降壓型穩(wěn)壓器輸入旁路電容
   • 在PV3(28)和PG3(26)間，盡可能靠近IC放置C12。
   • 在PV1(36)和PG1(34)間，盡可能靠近IC放置C11。
   • 在PV2(14)和PG2(16)間，盡可能靠近IC放置C15。
   • 在PV4(3)和PG4(5)間，盡可能靠近IC放置C18。
   • 降壓型穩(wěn)壓器的輸入旁路電容是最重要的器件，因?yàn)樗鼈償y帶高速變化(di/dt)的不連續(xù)電流。使降壓型穩(wěn)壓器的輸入旁路電容與PVx和PGx間的電感最小化非常必要。將輸入電容安裝在MAX8660/MAX8661 IC的同一側(cè)，以使電感最小。將輸入電容安裝在與MAX8660 IC相對(duì)的PCB另一側(cè)并不理想，因?yàn)檫B接PCB兩側(cè)所必需的過孔增加了該重要通路的電感。
   • MAX8660/MAX8661在IC封裝的每一邊提供一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器，從而使降壓型穩(wěn)壓器的輸入電容能靠近其PVx和PGx引腳放置。
   • 各降壓型穩(wěn)壓器的引腳按PVx、LXx和PGx順序排列，這樣PVx和PGx相隔一個(gè)引腳。引腳排列與封裝的引腳間隔可理想使用0603尺寸的輸入電容。
   • 使用多個(gè)過孔將各輸入電容的地端連接至內(nèi)部地層，多個(gè)過孔可減小電阻和電感。
   • 使用多個(gè)過孔將各輸入電容的正端連接至內(nèi)部電源層，多個(gè)過孔可減小電阻和電感。
2. IC電源輸入、斜率設(shè)置電阻和低電池電壓比較器
   • 在IN(18)和AGND(19)之間，盡量靠近IC放置C22。
   • R10靠近C22放置
   • 在LBF(21)和LBR(22)之間，盡量靠近IC放置R2。
   • 靠近R2放置R1和R3；保持高阻抗節(jié)點(diǎn)LBF(21)和LBR(22)的面積盡可能小。
   • 盡可能靠近RAMP(24)放置R4。
   • 將此部分元件的地連接至小面積模擬地孤島。使用單個(gè)過孔將此模擬地孤島連接至內(nèi)部地層。
   • 使用過孔將電源輸入濾波電阻(R10)連接至內(nèi)部電源層。
   • 使用過孔將低電池電壓比較器電阻串(R1)的高端連接至內(nèi)部電源層。
3. 降壓型轉(zhuǎn)換器輸出電容
   • 放置C3、C4和C5時(shí)，使其地端盡量靠近PG3(26)。
   • 放置C1和C2時(shí)，使其地端盡量靠近PG1(34)。
   • 放置C6和C7時(shí)，使其地端盡量靠近PG2(16)。
   • 放置C8和C9時(shí)，使其地端盡量靠近PG4(5)。
   • 使用粗線/平面將電容地端連接至對(duì)應(yīng)的電源地引腳(PGx)。連接至PGx時(shí)，使用盡可能寬的走線。
   • 通過多個(gè)過孔將各覆銅連接至內(nèi)部地層。
4. 降壓型穩(wěn)壓器電感
   • 在LX3(27)和輸出電容C3、C4、C5之間放置L3。
   • 在LX1(35)和輸出電容C1、C2之間放置L1。
   • 在LX2(15)和輸出電容C6、C7之間放置L2。
   • 在LX4(4)和輸出電容C8、C9之間放置L4。
   • 使用寬的走線將電感連接至對(duì)應(yīng)的LX節(jié)點(diǎn)(LXx)。走線需要足夠?qū)挘猿休d轉(zhuǎn)換器的輸出電流。
   • 使LXx節(jié)點(diǎn)的面積最小。這些節(jié)點(diǎn)需要足夠?qū)?，以承載電流；然而，由于這些節(jié)點(diǎn)在PVx和PGx之間快速切換，會(huì)形成噪聲源，它們應(yīng)該盡可能短，以減小總輻射面積。
   • 使LXx節(jié)點(diǎn)的寄生電容最小。寄生電容將會(huì)降低效率。
   • 使圖1和下文所述電流通路的電氣長(zhǎng)度和環(huán)路面積最小。使這些通路的電氣長(zhǎng)度最小可降低寄生電阻；使環(huán)路面積最小可減小輻射噪聲。
     • 輸入電容的正端 → 進(jìn)入PVx → 從LXx → 輸出通過電感 → 通過輸出電容 → 回到輸入電容的地端。
     • 從LX → 通過電感 → 通過 輸出電容 → 至電源地引腳(PGx)。
   • 注意，電感在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。該磁場(chǎng)可能會(huì)干擾放置在電感附近的敏感電路。為了將磁通量鉗制在電感范圍內(nèi)，很多電感都進(jìn)行了屏蔽。屏蔽電感通常較好，不會(huì)出現(xiàn)噪聲相關(guān)的應(yīng)用問題。如果使用非屏蔽電感，需要非常小心以確保磁通不會(huì)干擾敏感電路。
     
     使用屏蔽電感時(shí)，請(qǐng)花點(diǎn)時(shí)間研究一下電感的構(gòu)造。很多屏蔽電感在線圈進(jìn)/出骨架連接至電感引線端一側(cè)的屏蔽罩上帶有缺口。有缺口的一側(cè)磁場(chǎng)輻射要強(qiáng)很多。最好調(diào)整電感的方向，使電感的任何屏蔽缺口背向敏感電路。MAX8660EVKIT上使用的屏蔽電感在屏蔽罩上有一個(gè)小缺口，在EVKIT的絲網(wǎng)印刷上，該缺口面向支架"["。這可確保強(qiáng)磁場(chǎng)遠(yuǎn)離敏感的輸出檢測(cè)線。
     
     
     圖1. 降壓型轉(zhuǎn)換器的電流環(huán)路
     
     
5. 降壓型轉(zhuǎn)換器輸出檢測(cè)線
   • 將V3(30)連接至輸出電容C3、C4和C5的正端。
   • 將V1(36)連接至輸出電容C1和C2的正端。
   • 將V2(10)連接至輸出電容C6和C7的正端。
   • 將V4(40)連接至輸出電容C8和C9正端。
   • 在動(dòng)態(tài)電流較小的位置將各檢測(cè)線連接至對(duì)應(yīng)的輸出電容—參考MAX8660EVKIT實(shí)例。
   • 各檢測(cè)線布線應(yīng)遠(yuǎn)離LX節(jié)點(diǎn)的電感等噪聲源。請(qǐng)參考上文步驟D中關(guān)于電感方向的注意事項(xiàng)。
6. LDO輸入和輸出電容
   • LDO輸入/輸出電容的位置沒有上文所述的元件重要。
   • 采用MAX8660EVKIT所給出的方法，將LDO電容放置在IC周圍的空閑位置：
   • LDO5
     • IN5, V5
   • LDO8
     • IN8, V8
   • LDO6/7
     • IN67, V6, V7
7. 數(shù)字I/O
   • 數(shù)字I/O線對(duì)布局較不敏感。在IC周圍的可用空間路由下列信號(hào)：
     • 低電平有效LBO、EN1、EN2、EN34、EN5、SET1、SET2、SRAD，低電平有效MR，低電平有效RSO、SDA、SCL
8. 裸焊盤
   • 裸焊盤(EP)是IC散熱的主要通道。使用多個(gè)過孔將EP連接至地層，以使熱量從器件散發(fā)出去。如果頂層PCB通過多個(gè)過孔連接至盡可能多的PCB層，散熱將會(huì)達(dá)到最優(yōu)。用盡可能多的過孔填充該P(yáng)CB焊盤。
     
     還可以參考應(yīng)用筆記862："Thermal Consideration of QFN and Other Exposed-Paddle Packages"和應(yīng)用筆記3500："通過測(cè)量有源元件的管芯溫度監(jiān)視電子系統(tǒng)的熱耗散"。

結(jié)論

依照上述布局步驟并參考MAX8660EVKIT數(shù)據(jù)資料，能夠獲得經(jīng)過驗(yàn)證、設(shè)計(jì)可靠的MAX8660布局方案。

附錄

電路板機(jī)械說明
MAX8660評(píng)估板REV-B

Material	RoHS-compliant FR-4 laminate material compatible with lead-free soldering processes
Size (in x in)	3.200 x 3.000
Thickness (in)	0.062
Layers	4
Solder Mask	Green LPI SMOBC
Legends	White (clipped all legends from exposed metal)
Copper Clad (oz)	1

制造商商標(biāo)和日期碼：只允許在底層標(biāo)注。

Plating	Must be lead free and RoHS compliant
Finish	Vendor should use the most economical lead-free and RoHS-compliant process available or as specified in PO. Approved Finish: HASL Lead-free solder Immersion tin Immersion gold
Thru Holes (in, min)	0.001
Quality	Manufactured in accordance with IPC-A-600

Number of Surface Mount Pads:		128
Number of Thru Holes (drl14):		183
Number of Blind Vias:
?	Layer 1 to Layer 2 (drl12):	17
Number of Microvias:		17
?	Microvia Hole Size (in):	0.005

> Tolerances

Parameter	Tolerance (in)
Board Dimensions	±0.010
Plated-Thru Holes	±0.003
Pattern to Pattern	±0.005
Solder Mask to Pattern	±0.005
Legend to Legend	±0.007

鉆孔表在鉆孔圖中給出。

File Names and Descriptions

File Name	Description
art01.pho	Layer 1: Photo of Layer Copper
art01.rep	Layer 1: Photo-Plotter Apertures Report
art02.pho	Layer 2: Photo of Layer Copper
art02.rep	Layer 2: Photo-Plotter Apertures Report
art03.pho	Layer 3: Photo of Layer Copper
art03.rep	Layer 3: Photo-Plotter Apertures Report
art04.pho	Layer 4: Photo of Layer Copper
art04.rep	Layer 4: Photo-Plotter Apertures Report
dd0124.pho	Drill Drawing Photo
dd0124.rep	Drill Drawing Report
drl12.drl	Layer 1 to Layer 2 Drill File
drl12.lst	Layer 1 to Layer 2 Drill Location Listing
drl12.rep	Layer 1 to Layer 2 Drill Size Report
drl14.drl	Layer 1 to Layer 4 Drill File
drl14.lst	Layer 1 to Layer 4 Drill Location Listing
drl14.rep	Layer 1 to Layer 4 Drill Size Report
smb0428.pho	Bottom Solder-Mask Photo
smb0428.rep	Bottom Solder-Mask Report
smt0121.pho	Top Solder-Mask Photo
smt0121.rep	Top Solder-Mask Report
ssb0429.pho	Bottom Silk-Screen Photo
ssb0429.rep	Bottom Silk-Screen Report
sst0126.pho	Top Solder-Mask Photo
sst0126.rep	Top Solder-Mask Report