在电源@@设计@@中@@@@，精心的@@布局和@@布线@@@@对于能否实现出色设计至关重要@@，要为@@尺寸@@、精度@@、效率@@留出足够空间@@@@，以避免在生产中@@出现问题@@。我们可以利用多年的@@测试经验@@，以及布局工程师具备@@的@@专业知识@@，最终完成电路板生产@@。
精心的@@设计的@@效率@@@@
设计从图@@@@纸上看起来可能毫无问题@@（也就是说@@，从原理图@@角度@@），甚至在模拟期间也没有任何问题@@，但真正的@@测试其实是在布局@@、PCB制造@@，以及通过载入电路实施原型制作应力测试之后@@。这部分使用真实的@@设计示例@@，介绍一些技巧来帮助避开陷阱@@。我们将介绍几个重要概念@@，以帮助避开设计缺陷和@@其他陷阱@@，以免未来需要@@重新设计和@@@@/或@@重新制作@@PCB。图@@1显示在没有进行细致测试和@@余量@@分析的@@情况下@@，在设计进入生产之后会如何造成成本急速上涨@@。
图@@1. 生产的@@电路板出现问题时@@@@，成本可能急速上涨@@。
功率@@预算@@
您需要@@注意在正常情况下按预期运行@@@@，但在全速模式或@@不稳定数据开始出现时@@@@（已排除噪声和@@干扰之后@@）不能按预期运行@@的@@系统@@。
退出级联阶段时@@@@，要避免限流情况@@。图@@2所示@@为@@一个典型的@@级联应用@@：(A) 显示由产生@@3.3 V电源@@，电流@@最大@@500 mA的@@ADP5304 降压@@ 稳压器@@(PSU1)构成的@@设计@@。为@@了提高@@效率@@@@，设计人员应分接@@3.3 V电轨@@，而不是@@5 V输入电源@@@@。3.3 V输出被进一步切断@@，以为@@@@PSU2 (LT1965)供电@@，这款@@LDO稳压器@@用于进一步将电压降低至@@2.5 V，且按照板载@@2.5 V电路和@@@@IC的@@要求@@，将最大输出电流@@限制在@@1.1 A。
这种系统存在一些很典型的@@隐藏问题@@。它在正常情况下能够正常运行@@@@。但是@@，当系统初始化并开始全速运行@@时@@@@——例如@@，当微处理器和@@@@/或@@ADC开始高速采样时@@@@——问题就出现了@@。由于没有稳压器@@能在输出端生成高于输入端的@@电压@@，在图@@@@2a中@@，用于为@@合@@ 并电路@@VOUT1 和@@VOUT2 供电@@的@@@@ VOUT1 最大功率@@@@(P=V×I) 为@@1.65 W，得出此数值的@@前提是效率@@为@@@@100%，但是@@因为@@供电@@过程中@@会出现损耗@@，所以@@实际功率@@要低于该@@数值@@。假定@@2.5 V电源@@轨道的@@最大可用功率@@为@@@@2.75 W。如果电路试图@@获取这么多的@@功率@@@@@@，但这种要求得不到满足@@，就会在@@PSU1开始限流时@@出现不规律行为@@@@。电流@@可能由于@@PSU1而开始限流@@，更糟的@@是@@，有些控制器因过流完全关断@@。
如果图@@@@2a是在成功排除故障后实施@@，则可能需要@@更高功率@@的@@控制器@@。最理想的@@情况是使用与引脚@@兼容@@、电流@@更高的@@器件进行替换@@；最糟糕的@@情况下@@，则需要@@完全重新设计和@@制造@@@@PCB。如果能在概念设计阶段开始之前考虑功率@@预算@@@@，则可以避免潜在的@@项目计划延迟@@（参见图@@@@1）。
在考虑这一点的@@情况下@@，先创建真实的@@功率@@@@预算@@@@，然后选择控制器@@。包括您所需的@@所有电源@@电轨@@@@：2.5 V、3.3 V、5 V等@@。包括所有会消耗每个电轨@@功率@@的@@上拉电阻@@、离散器件和@@@@IC。使用这些值反向工作@@，以如图@@@@@@2b所示@@，估算您需要@@的@@电源@@@@。使用电力树系统设计工具@@，例如@@LTpowerPlanner（图@@3）来轻松创建支持所需的@@功率@@@@预算@@的@@电力树@@。
图@@2. 避开电力树中@@的@@限流设计缺陷@@。
图@@3. LTpowerPlanner电源@@树@@。
布局和@@布线@@@@
正确的@@布局和@@布线@@@@可以避免因错误的@@走线宽度@@、错误的@@通孔@@、引脚@@（连接器@@）数量不足@@、错误的@@接触点大小等@@导致轨道被烧毁@@，进而引发电流@@限制@@。下面章节介绍了一些值得注意的@@地方@@，也提供几个@@PCB设计技巧@@。
连接器@@和@@引脚@@接头@@
将图@@@@2中@@所示@@的@@示例的@@总电流@@扩展至@@17 A，那么设计人员必须考虑引脚@@的@@电流@@@@处理接触能力@@，如图@@@@4所示@@。一般来说@@，引脚@@或@@接触点的@@载流能力@@受几个因素影响@@，例如@@引脚@@的@@大小@@（接触面积@@）、金属成分等@@@@。直径为@@@@1.1 mm的@@典型过孔@@凸式连接引脚@@的@@电流@@@@约@@为@@@@3 A。如果需要@@@@17 A，那么应确保您的@@设计具有足够多的@@引脚@@@@，足以处理总体的@@载流容量@@。这可以通过增大每个导体@@（或@@触点@@）的@@载流能力@@来轻松实现@@，并保留一些安全裕度@@，使其载流能力超过@@PCB电路的@@总电流@@消耗@@。在本例中@@@@，要实现@@17 A需要@@6个引脚@@@@（且具备@@@@1A余量@@）。V CC 和@@GND一共需要@@@@12个引脚@@@@。要减少触点个数@@，可以考虑使用电源@@插座或@@更大的@@触点@@。
布线@@
用可用的@@线上@@PCB工具来帮助确定布局的@@电流@@@@能力@@。一盎司电轨@@宽度@@为@@@@@@1.27 mm的@@铜质@@PCB的@@载流能力@@约@@为@@@@@@3 A，电轨@@宽度@@为@@@@3 mm 时@@，载流能力约@@为@@@@5 A。还要留出一些余量@@@@，所以@@20 A的@@电轨@@的@@宽度需要@@达到@@19 mm（约@@20 mm）（请注意@@，本例未考虑温度升高带来的@@影响@@）。从图@@@@4可以看出@@，因为@@受@@PSU和@@系统电路的@@空间@@限制@@，无法实现@@20 mm电轨@@宽度@@。要解决这个问题@@，一个简单的@@解@@ 决方案是使用多层@@PCB。将布线@@宽度降低到@@（例如@@）3 mm，并将这些布线@@复制到@@PCB中@@的@@所有层上@@，以确保@@（所有层中@@的@@@@）布线@@的@@总和@@能够达到至少@@20 A的@@载流能力@@。
图@@4. 物理接触和@@电流@@处理能力@@。
过孔@@和@@连接@@
图@@5显示一个过孔@@示例@@，该@@过孔@@正在连接控制器的@@@@PCB的@@多个电源@@层@@。如果您选择@@1 A过孔@@，但需要@@@@2 A电流@@，那么电轨@@宽度@@必须能够携带@@2 A的@@电流@@@@，且过孔@@连接@@也要能够处理这个电流@@@@。图@@5所示@@的@@示例至少需要@@两个过孔@@@@（如果空间@@允许@@，最好是三个@@），用于将电流@@连接至电源@@层@@。这个问题经常被忽略@@，一般只使用一个过孔@@来进行连接@@。连接完成后@@，这个过孔@@会作为@@保险丝使用@@，它会熔断@@，并断开与相邻层的@@电源@@连接@@。设计不良的@@过孔@@后期很难改善和@@解决@@，因为@@熔断的@@过孔@@很难注意到@@，或@@者被其他器件遮住@@。
图@@5. 过孔@@连接@@。
请注意@@关于过孔@@和@@@@PCB电轨@@的@@下列参数@@：电轨@@宽度@@、过孔@@尺寸和@@电气参数受几个因素影响@@，例如@@PCB涂层@@、路由层@@、工作温度等@@@@，这些因素最终会影响载流能力@@。以前的@@@@PCB设计技巧@@没有考虑这些依赖关系@@，但是@@，设计人员在确定布局参数时@@@@，需要@@注意到这些@@。目前许多@@PCB电轨@@/过孔@@计算器都可在线使用@@。设计人员在完成原理图@@设计后@@，最好向@@PCB制造@@商或@@布局工程师咨询这些细节@@。
避免过热@@
有许多因素会导致生热@@，例如@@外壳@@、气流等@@@@，但本节主要讲述外露的@@焊盘@@。带有外露焊盘的@@控制器@@，例如@@LTC3533、ADP5304、ADP2386、ADP5054等@@，如果正确连接至电路板@@，其热阻会更低@@。一般来说@@，如果控制器@@IC的@@功率@@@@MOSFET是置于裸片之中@@@@（即是整片式的@@@@），该@@IC的@@焊盘通常@@外露@@，以便散热@@。如果转换器@@IC使用外部@@功率@@@@MOSFET运行@@（为@@控制器@@IC），那么控制@@IC通常@@无需要@@使用外露焊盘@@，因为@@它的@@主要制热源@@（功率@@MOSFET）本身就在@@IC外部@@。
通常@@，这些外露的@@焊盘必须焊接到@@PCB接地板上才有效@@。根据@@IC的@@不同@@，也有一些例外@@，有些控制器会指明@@，它们可以连接至隔离的@@焊盘@@PCB区域@@，以作为@@散热器进行散热@@。如果不确定@@，请参阅有关部件的@@数据表@@。
当您将外露的@@焊盘连接到@@PCB平面或@@隔离区域@@时@@@@，(a)确保将这些孔@@（许多排成阵列@@）连接到地平面以进行散热@@（热传递@@）。对于多层@@PCB接地层@@，建议利用过孔@@将焊盘下方所有层上的@@接地层@@连在一起@@。
请注意@@，关于外露焊盘的@@讨论是与控制器相关@@。在其他@@IC中@@使用外露焊盘可能需要@@使用极为@@不同的@@处理方法@@。
结论与汇总@@@@
要设计低噪声@@、不会因为@@电轨@@或@@过孔@@烧毁而影响系统电路的@@电源@@@@，从成本@@、效率@@、效率@@和@@@@PCB面积大小各方面来说都是一项挑战@@。本文强调了一些设计人员可能会忽略的@@地方@@，例如@@使用功率@@预算@@分析来构建电力树@@，以支持所有的@@后端负载@@。
原理图@@和@@模拟只是设计的@@第一步@@，之后是谨慎的@@器件定位和@@路由技术@@@@。过孔@@、电轨@@和@@载流能力都必须符合要求@@，并接受评估@@。如果接口位置存在开关噪声@@，或@@者开关噪声到达@@IC的@@功率@@@@引脚@@@@，那么系统电路会失常@@，且难以隔离并排除故障@@。
文章来源@@：亚德诺半导体@@