PCBニュース - 電源供給PCBレイアウト

DC−DCスイッチング電源の性能は、図2のレイアウトに密接に関連している PCBボード. 高速スイッチングの考慮により, スイッチングDC‐DCにおける電力通過電流と熱散逸, 不合理なレイアウトと配線は、電源の性能に大きく影響し、深刻なノイズ源を形成する.

layout:
In the layout of the switching regulator, ACパスのレイアウトは非常に重要です, そして、DC経路は二次的考慮可能である, しかし、フィードバック信号経路は、DC－DC電源全体の唯一のキー信号である.
PCB上のトレースにはインダクタンスがあることを知っている, 約20 nh/インチ. トレースを流れる電流がある限り, 誘導電圧が発生する, しかし、電圧値は電流の大きさによってではなく、電流の変化率に依存しない, V = L*(dI/dt). したがって, ACパスは非常に重要です PCB設計, 特に高速スイッチング管を使用するDC - DC集積回路, ディ/DTは非常に高いでしょう. NS (National Semiconductor) gives a rough figure: "For a typical buck converter, AC部分の電流変化は1である.スイッチオフプロセス中の負荷電流の2倍, そして、負荷はスイッチオンプロセス中の負荷である. 0.現在の8倍.こちらはこちら, ACパスのトレースは可能な限り短くなければならない, GNDピンのトレースを含む. GNDピンを流れる電流は非常に小さい, スイッチ管のスイッチングプロセスは、GNDピン22を通る電流をリフレッシュする. 電流は非常に急になる. これは、入力キャパシタとバイパスコンデンサが可能な限りICの近くに配置されるべきであることを意味する, 特にステップダウンIC.
IC周辺のスペースは限られている, そして、入力コンデンサおよびバイパスコンデンサは、同時にICの近くに配置することができない, 特に入力コンデンサは比較的大きい.
まず第一に, ICへの電圧入力をできるだけ安定して電圧変動を減少させるために入力コンデンサの役割を理解する. 事実上, 大きな入力コンデンサをボード上の全電源とみなすことができる. 同時に, the equivalent series resistance (ESR) and equivalent series inductance (ESL) of the input capacitor may be very high, これは、ICの入力パワーピンで高周波入力電圧リップルを引き起こす. したがって、入力コンデンサはIC 1から約1インチ以内に配置することができる.
バイパスコンデンサはICの入力パワーピンに可能な限り近くなければならない. 短いまたはないピンでバイパス懐中電灯用, 一般的に0.1 UFまたは0.47 ufセラミックコンデンサを使用, 高周波リップルのフィルタリングに及ぼす影響. Short pins or no pins will reduce the parasitic inductance (ESL) of the capacitor. 同時に, 一般的に使用されるパッケージは1206です, X 7 Rタイプ. 小さいパッケージサイズが使われるならば, キャパシタのESLおよびESRは増加する. 一般に, このようなバイパスコンデンサをICの電源ピンの隣に配置する必要がある.
For the DC-DC switching power supply, クランプダイオードがある, そして、その配置位置も重要です. クランプダイオードの一端はICのSWピンに接続されているので, このピンの信号は矩形波である. トレースが長すぎる場合, そのインダクタンスは簡単にノイズを拾う, ノイズ信号を形成するためにSW信号に加えられる. クランプダイオードのレイアウトの基本的なポイントは、それをICに近接させることである, そして、ICのSWピンおよびGNDピンを直接接続するために、短くて広いトレースを使用してください.
入力バイパスコンデンサおよびクランプダイオードが配置されると決定された後, 他のデバイスのレイアウトが始まる. 入力バイパスコンデンサとクランプダイオードとを接続するトレースは、できるだけ短くて広くなければならない, そして、ICに接続された経路にはスルーホールはない. SMT用 PCBボード, それは、彼らがICと同じ層にある必要があることを意味します. ここに貫通穴がない. それは、viaがICの間のトレースで使用されてはならないことを意味します, 入力バイパスコンデンサ, クランプダイオード. バイパスコンデンサおよびクランプダイオードのパッドは、接続されたトレースの代わりにビアに接続される.

wiring:
Many times we have misused copper pour. GNDプレーンまたはVccプレーン銅線には問題ありません. 電流ループインピーダンスを低減することができる, そして、干渉を減らすためにキー信号のための参照として使うことができます. しかし、すぐにレイアウトに記載されているクランプダイオード配線のために, それは短くて広いべきです, しかし、できるだけ広くない. 痕跡は短く、理解しやすい. そうすることで誰もがわかるだろう, 20 Nhの親指の規則/インチは、トレースのインダクタンスが長さに比例することを示します. しかし、トレースインダクタンスは幅に反比例しない? 通常、多くの人々は直感的にそれは. According to Trace inductance formula:
L = 2l * [ln(2l/w)-0.5 + 0.2235 * (w/l)]
It can be seen that the inductance value and the trace width are non-linear. 寄生インダクタンスの影響を低減するために, 痕跡を広げることは最後の手段でなければならない. 最初のステップはトレースの長さを減らすことです. 特に, クランプダイオードはSWピンに接続されている. 電圧自体がスイッチング波形であるので, あなたがトレースをあまりに広い銅注ぎに取り替えるならば, それはアンテナと考えられて、EMI問題を導入します. スイッチノード用, 最良の選択は、実際の要件の最小範囲内の周りの銅箔のサイズを制御することです.
これは、電源コードを銅と置き換えるためにレイアウトの非常に一般的な現象です. 銅の舗装が大きいと信じられている, 運ぶことができる電流を大きくする. 事実上, it should be that the larger the cross-sectional area (width * thickness) of copper, 単位長さ当たりのトレース抵抗は小さい, そして、より小さな発熱. 現在の取扱い能力は、基本的にはトレースの温度上昇問題である. トレースの電源部の大きさを決定するために定量的計算を使用すべきである, そして、銅の上に. 一般に, 30℃〜40°C°Cの温度上昇が許容される, and it is also affected by the surrounding heating devices and must not exceed the rated temperature of the epoxy resin board (FR4 needs to be kept below 120°C).
A rule of thumb: For moderate temperature rise (below 30°C) and current is less than 5A
For 1oz copper, use a copper foil with a width of at least 12mil for 1A current
For 2oz copper, use at least 7mil copper foil for 1A current
GND plane, 地面をそのまま保つようにしなさい, 地面にワイヤーを分割するか、またはルートしないでください, しかし、両面ボードでこれを達成するのは難しい. The 多層基板 この原則に従う. しかし、時々デジタルグラウンドを分ける必要があるとき, アナロググランド又は高電圧及び低電圧グランドプレーン, 地面を分ける必要がある, でも結局は, つの別々の接地面は、磁気接続部または0オーム抵抗器を介して接続され、電気的接続と整合性を維持しなければならない. 完全なグラウンドプレーンは非常に重要です PCBボード インピーダンス制御, それは信号のリファレンスとリターンパスですので.
DC−DCスイッチング電源のフィードバック回路は、信号線14の唯一のキー信号である. 解決方法は二つあります。. ピックアップのノイズを最小限に抑えるために可能な限り短いフィードバックトレースとして使用する2. 騒音源から遠ざかる, インダクタまたはダイオードのような. 時々、雑音源を避けるために, また、トレースが長くなることも必要です.