高速電子系統(tǒng)一個成功的設(shè)計，必須要求工程師透徹掌握芯片、封裝結(jié)構(gòu)及PCB的電源供電系統(tǒng)特性。為了滿足更低的供電電壓、更快的信號翻轉(zhuǎn)速度、更高的集成度和許多越來越具有挑戰(zhàn)性的要求，而且集成電路的供電電壓將會持續(xù)降低電壓會降到1.2V，甚至更低，從而增加電流。隨著越來越多的生產(chǎn)廠家也從130nm技術(shù)轉(zhuǎn)向90nm技術(shù)。從直流IR壓降到交流動態(tài)電壓波動控制來看，由于允許的噪聲范圍越來越小，這種發(fā)展趨勢給電源供電系統(tǒng)的設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。PCB電源供電系統(tǒng)在對于開關(guān)電源的研發(fā)，PCB設(shè)計占據(jù)很重要的地位。一個差的PCB，EMC性能差、輸出噪聲大、抗干擾能力弱，甚至連基本功能都有缺陷。下面我們主要從PCB的分層、電源板層平面的形狀、元器件的布局、過孔的分布等等，來談?wù)勲娫吹牟贾谩?/p>

1、間距

對于高電壓產(chǎn)品必須要考慮到線間距。能滿足相應(yīng)安規(guī)要求的間距當(dāng)然最好，但很多時候?qū)τ诓恍枰?a target="_blank">認(rèn)證，或沒法滿足認(rèn)證的產(chǎn)品，間距就由經(jīng)驗(yàn)決定了。生產(chǎn)能否保證板面清潔、環(huán)境濕度、其他污染等情況如何。

總的來說沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，越遠(yuǎn)越好。最小距離則要考慮最大壓差情況下的放電間距，并乘以足夠的保護(hù)系數(shù)

3、環(huán)路面積

無論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號環(huán)路，應(yīng)盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場，將導(dǎo)致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時，若被控制環(huán)接收，很可能引起異常。

另一方面，若功率環(huán)路面積較大，其等效寄生電感也會增大，可能增加漏極噪聲尖峰。

4、關(guān)鍵走線

因di/dt 作用，必須減小動態(tài)節(jié)點(diǎn)處電感，否則會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場。若要減小電感，主要是要減少布線的長度，增加寬度作用較小。

5、信號線

對于整個控制部分，布線時應(yīng)考慮將其遠(yuǎn)離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近，不應(yīng)將控制線與功率線并行，否則可能導(dǎo)致電源工作異常、震蕩。并且在走線的同時要減少過孔。

另外若控制線很長，應(yīng)該將來回的一對線的靠近，或?qū)⒍咧糜赑CB的兩個面上并正對著，從而減小其環(huán)路面積，避免被功率部分的電磁場干擾。我們遵循45°/135°折線原則，如圖2說明了A、B兩點(diǎn)間，正確與錯誤的信號線布線方法。

7、映射

對于一個回路，可以在PCB的一面進(jìn)行鋪銅，它會根據(jù)PCB另一面的布線自動映射，使這個回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯(lián)，電流會自動選擇阻抗最小的路徑流過一樣。

事實(shí)上可以在控制部分電路的一面進(jìn)行連線，而在另一面對“地”節(jié)點(diǎn)鋪銅，兩個面間通過過孔連接。

8、輸出整流二極管

選擇開關(guān)電源時要注意開關(guān)電源工作頻率比一般的工頻頻率高，通常在40KHz左右，因此其整流輸出二極管不能用普通的低頻二極管，因?yàn)槠胀ǖ皖l二極管最高工作頻率fm為3kHz，這樣會造成壓降過大，整流效率降低，二極管過熱等。例如：IN4007在開關(guān)電源的輸出二極管通常選擇快恢復(fù)型二極管，其工作頻率可到100KHz以上，提高了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率，降低了損耗。例如肖特基二極管，F(xiàn)R系列二極管等。

輸出整流二極管若離輸出端比較近，不應(yīng)將其與輸出平行放置。否則二極管處產(chǎn)生的電磁場將穿入電源輸出與外接負(fù)載形成的環(huán)路，使測得的輸出噪聲增大。

9、地線

地線的布線必須非常小心，否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。主要接地方法有以下3種

單點(diǎn)接地：所有電路的地線接到地線平面的同一點(diǎn)，分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地：所有電路的地線就近接地，地線很短適合高頻接地?；旌辖拥兀簩吸c(diǎn)接地和多點(diǎn)接地混合使用。

10.Y電容

輸入輸出經(jīng)常會接入Y電容，有時因某些原因，可能無法將其掛在輸入電容地上，此時切記，一定要接在靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，如高壓端。

11.其他

實(shí)際電源PCB設(shè)計時，可能還要考慮其他一些問題，例如“壓敏電阻應(yīng)緊靠被保護(hù)電路”、“共模電感應(yīng)增加放電齒”、“芯片VCC供電處應(yīng)增加瓷片電容”等等。另外，是否需特殊處理，如銅箔、屏蔽等，在PCB設(shè)計階段也是需要考慮的。

有時往往會遇到多個原則相互沖突的情況，滿足其中一個就滿足不了其他的，這是需要工程師應(yīng)用已有的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，確定最合適的布線了！

12.總結(jié)

為打造高穩(wěn)定的產(chǎn)品，在硬件設(shè)計中需要的設(shè)計細(xì)節(jié)是很多的，本文僅是介紹硬件中的最為常見的電源設(shè)計。為使整體產(chǎn)品或系統(tǒng)擁有穩(wěn)定、可靠的供電，大部分工程師會選擇電源模塊作為系統(tǒng)供電的基礎(chǔ)。

致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。