專注解（jiě）決直（zhí）流電源方案

在（zài）任何開關電源設計中,PCB板的物理設計都是最（zuì）後一個環節,如果設計方法（fǎ）不當,PCB可能會輻射過多的電（diàn）磁（cí）幹擾,造成電源工作不穩（wěn）定,以（yǐ）下針對各個步驟中所需注意的事項進行分析:

一（yī）、從原理圖到PCB的設計流程

   建立（lì）元件參數->輸入原理網表->設計參數設置（zhì）->手工布局->手工（gōng）布線->驗（yàn）證（zhèng）設計->複（fù）查（chá）->CAM輸出.

二、參數設置

   相鄰導線間距必（bì）須能（néng）滿足電氣安全要求,而且為了便於操作和生產,間距也應盡量寬些.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（shì）當（dāng）地加大,對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大（dà）間距,一般情況下將走（zǒu）線間（jiān）距設為8mil.

   焊盤內孔邊緣到印製（zhì）板邊的距（jù）離要大於1mm,這樣（yàng）可以避免加工時導致焊盤缺損.當與焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的（de）連接設計成水（shuǐ）滴狀,這樣（yàng）的好處（chù）是焊盤不容易起皮,而是走線與（yǔ）焊盤不易斷開.

三、元器件布局

   實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印製電路板設計不當,也（yě）會對電子設（shè）備的可靠性產生不利（lì）影響.例（lì）如,如果印製（zhì）板兩條（tiáo）細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲;由於電源、地線的考慮不周到（dào）而引起的幹（gàn）擾,會（huì）使產品的性能下降,因此（cǐ）,在設計印製電路板的時候（hòu）,應注意采（cǎi）用正確的方法.

每一個開關電源都有（yǒu）四個電流回路:

(1). 電源開關交流回路

(2). 輸（shū）出（chū）整流交流（liú）回路

(3). 輸入信號源電流回路

(4). 輸出負載電流回路

   輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電（diàn）容充電,濾波（bō）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（chū）整流器的（de）高頻能量,同時（shí）消除輸出（chū）負載回路的直流能量.所以,輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要,輸入及輸出（chū）電流回路應分別隻從濾（lǜ）波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回（huí）路和電（diàn）源開關/整流回路之間的連接無法與電（diàn）容的接線（xiàn）端直接相連,交流（liú）能量將由輸（shū）入或輸出濾波電容並輻（fú）射到環境中去.

   電源開關交流回路（lù）和整流器的交流回路包含高幅梯形（xíng）電流,這些（xiē）電流（liú）中諧波成分很高,其頻（pín）率遠大（dà）於開關基頻,峰值幅度可高達持續輸入/輸出直流電流幅度的（de）5倍,過渡時間通常約為50ns.這兩個回路最容易產生電磁幹擾,因此必須在（zài）電源中其它印製線（xiàn）布線之前先布好這些（xiē）交流回路,每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關或整（zhěng）流（liú）器、電感或變壓（yā）器應彼此相鄰地進行放置,調整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短.

建立開關電源布局的最（zuì）好（hǎo）方法與其（qí）電氣設計相似,最（zuì）佳設計流程如下:

·    放置變壓（yā）器

·    設（shè）計電源開關電流回路

·    設計輸出整流器電流（liú）回路

·    連接到交流電源電路的控製電（diàn）路

·    設計輸入電流源回路和輸（shū）入濾波器

設計輸出負載（zǎi）回路和輸出濾波器根（gēn）據電路的功能單（dān）元,對電路的全（quán）部元器件進（jìn）行布局時（shí）,要符合以（yǐ）下原則:

(1) 首（shǒu）先要（yào）考慮PCB尺寸大小.PCB尺寸過大時,印製線條長,阻抗增加,抗噪聲（shēng）能力（lì）下降,成（chéng）本（běn）也增（zēng）加;過小（xiǎo）則散熱不好,且鄰近線條易受幹（gàn）擾.電路板（bǎn）的最佳形狀矩形,長寬比為3:2或4:3,位於電路板（bǎn）邊緣的元器件,離電路（lù）板邊緣（yuán）一（yī）般不（bú）小於2mm.

(2) 放置器件時（shí）要考慮以後的焊接,不要太（tài）密集.

(3) 以每個功能電路的核心元（yuán）件為中心,圍繞它來進行（háng）布局.元（yuán）器件應均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上,盡（jìn）量（liàng）減少和縮短各元器件之間的引線和連接, 去耦電容盡量靠（kào）近器件的（de）VCC.

(4) 在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數.一般（bān）電路（lù）應（yīng）盡可能使（shǐ）元器件平行排列.這樣（yàng）,不但美觀,而且裝焊容易,易於批量生產.

(5) 按照電（diàn）路的流程安排各個功能電路單（dān）元的位置,使布局便於信號（hào）流（liú）通,並使信（xìn）號盡可能保持一（yī）致的方向.

(6) 布局的（de）首要原則是保證布線的布通率,移動器件時注（zhù）意飛線的連接,把有連線關係的器件放在一起.

(7) 盡可能地減小（xiǎo）環路麵積,以抑製開關電源的輻射幹擾.

四、布線

   開關電源中包含有高頻信號,PCB上任何印製線都可以起到天線的作（zuò）用,印製線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗,從而影響頻率響應.即使是通過直流信號的印製線（xiàn）也會從鄰近的印（yìn）製線耦合到射頻信號並造成電路問題(甚至（zhì）再次輻射出（chū）幹擾信（xìn）號).因此應將所有通過交流電流（liú）的印製線設（shè）計得盡可能短而寬,這（zhè）意味著必須將所有連接到印（yìn）製線和連接到（dào）其他電源線的元器件放置（zhì）得很近.印製線的（de）長度與（yǔ）其表現出的電感量和阻抗成正比,而（ér）寬度則與印製線的電感（gǎn）量和阻抗成反比.長度反映出印製線響應的波長（zhǎng）,長度越長,印製線能（néng）發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.根據印製線路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環路電阻. 同時、使電源線、地線的走向（xiàng）和電流的方向一致,這樣有助於增強抗噪（zào）聲（shēng）能力（lì）.

   接地是開關電源四個電流回（huí）路的底層支路,作為電路（lù）的公共參考點起著很重要的作（zuò）用,它是控製幹擾的重要方法（fǎ）.因此,在布局中應仔細考慮接地（dì）線的放置,將各種接地混合會造成電源（yuán）工（gōng）作不穩定（dìng）.在（zài）地線設計中應注意以下幾點:

1. 正確選（xuǎn）擇（zé）單點接（jiē）地

   通常,濾波電容公共端應是其（qí）它的接地點耦合到大電（diàn）流（liú）的交（jiāo）流地的（de）唯一連接點（diǎn）,同一級（jí）電路的接地點應盡量靠近,並（bìng）且本級電路的（de）電源濾波電容（róng）也應接在該級接地（dì）點上,主要是考慮電路各部（bù）分回流到地的電流是（shì）變化的,因實際流過的線（xiàn）路的阻抗會導致電路各部分地電位的變化而（ér）引入幹擾.

   在（zài）本（běn）開關電源中,它的（de）布（bù）線和器件間的電感影響較小,而接（jiē）地電路形成的環流對（duì）幹擾影響（xiǎng）較（jiào）大,因而采用（yòng）一點接地,即將（jiāng）電源開關電流（liú）回路 (中的幾個器件的地線都連到接地腳上,輸（shū）出整（zhěng）流器電流回（huí）路的幾個器件的地線也同樣接到相應的濾波（bō）電容（róng）的接地腳上,這樣電源工作（zuò）較穩定,不易自激.做不到單點時（shí）,在共地處接兩二極（jí）管（guǎn）或一小電阻,其實接在比較集中（zhōng）的一塊銅箔處就可以.

2. 盡量加粗接地線

   若接地線很細,接地電位（wèi）則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞,因此（cǐ）要確保每（měi）一個大電流的接地端（duān）采用盡量短而寬的印製線,盡（jìn）量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關係是（shì）:地線>電源線>信號線,如有可能（néng）,接地線的寬度應大於3mm,也可用大麵積銅層作地線用,在印（yìn）製板（bǎn）上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用（yòng）.

進行全（quán）局布線的時候,還須遵循以下原（yuán）則（zé）:

(1).布線（xiàn）方向:從焊接麵（miàn）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（fāng）向相（xiàng）一致（zhì）,因生產過程中通常需要在焊接（jiē）麵進行各種參（cān）數的檢測,故（gù）這樣做便（biàn）於生產中的檢查,調試及檢修(注:指在（zài）滿足電路性能及整機安裝（zhuāng）與麵板布局（jú）要求的前提下).

(2).設計布線（xiàn）圖時走（zǒu）線盡量少拐彎（wān）,印（yìn）刷弧上的（de）線寬不要突變,導線（xiàn）拐角應≥90度,力求線條簡單明了.

(3).印刷電路中不允許有交叉電路,對於可能交叉的線條,可以用“鑽”、“繞”兩種（zhǒng）辦法解決.即讓某引線從別的電阻、電容（róng）、三極管腳下的空隙處“鑽”過去（qù）,或從可能交叉的某條（tiáo）引線的一端“繞”過去（qù）,在特殊情況下如何電路很複雜,為簡化設計也允許用導線跨接,解（jiě）決交叉電路問題.因采用單麵板,直插元件位於top麵,表貼器件位於bottom麵,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.

3．輸入地與輸出地

   本開關電源中為低壓（yā）的（de）DC-DC,欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級,兩邊的電路應有共同的參考地（dì）,所以在對兩邊的（de）地線分別鋪銅之後,還要連接（jiē）在一起（qǐ）,形成共同的地.

五、檢（jiǎn）查

   布線設計完成後,需認真檢查布線設計是（shì）否符合設（shè）計者所製定的規（guī）則,同時也需確認所製定的規則是否符合印製板生產工藝的需求,一般檢（jiǎn）查線與線、線與元件焊盤、線與貫通孔、元（yuán）件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之（zhī）間的距離是否合理,是否滿足生產要求. 電源（yuán）線和地（dì）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（zhù）意: 有些（xiē）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（jù）時會出錯;另外每次修改過走（zǒu）線和過孔之（zhī）後,都要重新覆銅一次（cì）.

六、複查

   根（gēn）據“PCB檢查表”,內容（róng）包括設計規則（zé）,層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置,還要重點複查（chá）器件布局的合理性,電源（yuán）、地線（xiàn）網絡（luò）的走線,高速（sù）時鍾網（wǎng）絡的走線與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等.

七、設計輸出

輸出光繪文件的注（zhù）意事項:

a. 需（xū）要輸出的層有（yǒu）布線層(底層) 、絲印層(包（bāo）括頂層絲印（yìn）、底層絲印)、阻焊層(底層阻焊)、鑽孔層(底層),另外還要生（shēng）成鑽孔文件(NC Drill)

b. 設置絲印層的（de）Layer時,不要選擇Part Type,選擇頂層(底層（céng）)和絲印層的Outline、Text、Line

c. 在設置每層的Layer時,將Board Outline選上,設置絲印層的Layer時,不要選擇（zé）Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line.

d. 生成鑽孔文件時,使用PowerPCB的缺省設置（zhì）,不（bú）要作（zuò）任何改（gǎi）動。