一文了解PCB电源如何布置

高速电子系统一个成功的设计，必须要求工程师透彻掌握芯片、封装结构及PCB的电源供电系统特性。为了满足更低的供电电压、更快的信号翻转速度、更高的集成度和许多越来越具有挑战性的要求，而且集成电路的供电电压将会持续降低电压会降到1.2V，甚至更低，从而增加电流。随着越来越多的生产厂家也从130nm技术转向90nm技术。从直流IR压降到交流动态电压波动控制来看，由于允许的噪声范围越来越小，这种发展趋势给电源供电系统的设计带来了巨大的挑战。PCB电源供电系统在对于开关电源的研发，PCB设计占据很重要的地位。一个差的PCB，EMC性能差、输出噪声大、抗干扰能力弱，甚至连基本功能都有缺陷。下面我们主要从PCB的分层、电源板层平面的形状、元器件的布局、过孔的分布等等，来谈谈电源的布置。

1、间距

对于高电压产品必须要考虑到线间距。能满足相应安规要求的间距当然最好，但很多时候对于不需要认证，或没法满足认证的产品，间距就由经验决定了。生产能否保证板面清洁、环境湿度、其他污染等情况如何。

总的来说没有统一标准，越远越好。最小距离则要考虑最大压差情况下的放电间距，并乘以足够的保护系数

3、环路面积

无论是输入或是输出、功率环路或信号环路，应尽可能的小。功率环路发射电磁场，将导致较差的EMI特性或较大的输出噪声;同时，若被控制环接收，很可能引起异常。

另一方面，若功率环路面积较大，其等效寄生电感也会增大，可能增加漏极噪声尖峰。

4、关键走线

因di/dt 作用，必须减小动态节点处电感，否则会产生较强的电磁场。若要减小电感，主要是要减少布线的长度，增加宽度作用较小。

5、信号线

对于整个控制部分，布线时应考虑将其远离功率部分。若因其他限制两者靠得较近，不应将控制线与功率线并行，否则可能导致电源工作异常、震荡。并且在走线的同时要减少过孔。

另外若控制线很长，应该将来回的一对线的靠近，或将二者置于PCB的两个面上并正对着，从而减小其环路面积，避免被功率部分的电磁场干扰。我们遵循45°/135°折线原则，如图2说明了A、B两点间，正确与错误的信号线布线方法。

7、映射

对于一个回路，可以在PCB的一面进行铺铜，它会根据PCB另一面的布线自动映射，使这个回路的阻抗最小。这就好像一组不同阻抗值的阻抗并联，电流会自动选择阻抗最小的路径流过一样。

事实上可以在控制部分电路的一面进行连线，而在另一面对“地”节点铺铜，两个面间通过过孔连接。

8、输出整流二极管

选择开关电源时要注意开关电源工作频率比一般的工频频率高，通常在40KHz左右，因此其整流输出二极管不能用普通的低频二极管，因为普通低频二极管最高工作频率fm为3kHz，这样会造成压降过大，整流效率降低，二极管过热等。例如：IN4007在开关电源的输出二极管通常选择快恢复型二极管，其工作频率可到100KHz以上，提高了开关电源的转换效率，降低了损耗。例如肖特基二极管，FR系列二极管等。

输出整流二极管若离输出端比较近，不应将其与输出平行放置。否则二极管处产生的电磁场将穿入电源输出与外接负载形成的环路，使测得的输出噪声增大。

9、地线

地线的布线必须非常小心，否则可能引起EMS、EMI性能和其他性能变差。主要接地方法有以下3种

单点接地：所有电路的地线接到地线平面的同一点，分为串联单点接地和并联单点接地。多点接地：所有电路的地线就近接地，地线很短适合高频接地。混合接地：将单点接地和多点接地混合使用。

10.Y电容

输入输出经常会接入Y电容，有时因某些原因，可能无法将其挂在输入电容地上，此时切记，一定要接在静态节点，如高压端。

11.其他

实际电源PCB设计时，可能还要考虑其他一些问题，例如“压敏电阻应紧靠被保护电路”、“共模电感应增加放电齿”、“芯片VCC供电处应增加瓷片电容”等等。另外，是否需特殊处理，如铜箔、屏蔽等，在PCB设计阶段也是需要考虑的。

有时往往会遇到多个原则相互冲突的情况，满足其中一个就满足不了其他的，这是需要工程师应用已有的经验，根据实际项目需求，确定最合适的布线了！

12.总结

为打造高稳定的产品，在硬件设计中需要的设计细节是很多的，本文仅是介绍硬件中的最为常见的电源设计。为使整体产品或系统拥有稳定、可靠的供电，大部分工程师会选择电源模块作为系统供电的基础。

致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累，目前产品具有宽输入电压范围，隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列，封装形式多样，兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室，配备最先进、齐全的测试设备，全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试，静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV，可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场，为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。