四开关降压-升压布局技巧：将差分传感线与电源平面分离

1. 前言

还是以LM5175为例，讲一下PCB布局将差分传感线与电源平面分离。

LM5175-Q1是一个宽输入电压四开关降压控制器IC集成驱动器的n通道mosfet。当VIN大于VOUT时工作在降压模式，当VIN小于VOUT时工作在升压模式。当VIN接近VOUT时，设备运行在一个专有的过渡降压或升压模式。该控制方案在规定的工作范围内为任何输入/输出组合提供平稳运行。当VIN等于VOUT时，降压或升压过渡控制方案提供了低纹波输出电压，而不影响效率。

LM5175-Q1集成了四个n通道MOSFET驱动器，包括两个低侧驱动器和两个高侧驱动器，消除了外部驱动器或浮动偏置电源的需要。内部VCC调节器提供内部偏置轨道以及MOSFET门驱动器。VCC稳压器由输入电压通过VIN引脚供电，或从输出或外部电源通过BIAS引脚供电，以提高效率。

PWM控制方案基于降压工作的谷电流模式控制和升压工作的峰值电流模式控制。电感电流通过与低侧mosfet串联的单个感应电阻来感知。感知到的电流也被监测为一个周期一个周期的电流极限。LM5175-Q1在过载条件下的行为取决于模式引脚编程(参见模式引脚配置)。如果选择了打嗝模式故障保护，控制器在一个周期接一个周期的电流限制中，在一个固定的开关周期后关闭，在另一个固定的时钟周期后重新启动。这种打嗝模式减少了持续过载状态下电源组件中的加热。如果通过mode引脚禁用打嗝模式，控制器将保持在一个周期一个周期的电流限制条件，直到过载被消除。对于噪声敏感的应用，MODE引脚也选择连续传导模式(CCM)或间断传导模式(DCM)，以获得更高的轻载效率。

除了周期电流限制，LM5175-Q1还提供了一个可选的平均电流调节环路，可以配置为输入或输出电流限制。这是有用的电池充电或其他应用程序，一个恒定的电流行为可能需要。

LM5175-Q1的软启动时间是由连接到SS引脚的电容编程，以最小化启动期间的浪涌电流和超调。

精密EN/UVLO引脚支持滞后的可编程输入欠压锁定(UVLO)。输出过电压保护(OVP)功能关闭高侧驱动器时，在FB引脚的电压是7.5%以上的名义0.8 v VREF。PGOOD输出指示当FB电压在VREF中心±10%调节窗口内。

2. PCB布局将差分传感线与电源平面分离

布局中最常遇到的问题是从检测电阻到 TI 的 LM5175 集成电路 (IC) 引脚（CS-CSG 对）的差分检测信号的布线不正确。传感连接的示例如图 1 所示。

图 1：LM5175 原理图显示了从功率级到控制器引脚的差分检测连接。

在某些情况下，设计人员会犯此错误，因为其中一个检测节点（检测电阻器的下侧，在黄色圆圈中标记为节点“N”）在电气上与电路接地 (GND) 相同。因此，布局工程师不清楚需要差分路由 CS-CSG 对（携带小信号（数十毫伏））。图 2 显示了这个常见错误。

图 2：(a) 更正差分电流检测布线和 (b) 布线差分检测信号时的常见错误。

在其他情况下，设计人员确实认识到需要对电流检测信号进行差分路由。但是在完成电路板的过程中，负极走线连接到平面或覆铜，因为布局工具将网络视为接地 (GND) 网络。如图 3 所示，这种意外连接可能发生在沿线的任何地方。在接下来的段落中，我将描述一些常见的做法来避免这种情况。

图 3：差分检测信号与电源接地层的无意连接示例。

3.网络关系

网络连接允许在原理图中人为地分离网络名称（图 4）。这允许布局工具将 N1 和 N2 视为单独的节点，并保护大部分差分走线 (N2) 免受意外连接到地平面或浇筑。缺点是 N1 部分在技术上是一个 GND 网，因此仍然需要与 GND 平面或覆铜分离（图 4）。

图 4：使用 Net-Tie 防止感应信号意外连接到铜层或覆铜层的示例。

4.多边形切口或保留切口

许多布局工具提供称为多边形切口或多边形保留的功能。多边形禁止创建一个边界，防止多边形或铜浇注进入。多边形禁止层必须从头到尾遵循感测轨迹。当感测迹线通过过孔改变层时，我们必须格外小心。在这种情况下，您必须在通孔周围的所有层上使用多边形保持区。图 5 显示了一个示例。

图 5：正确使用多边形切口将感应走线与电源平面分开。

感测走线的不正确布线会破坏原本良好的设计。识别感应痕迹——尤其是那些与铜区域、平面或浇注共享网络名称的痕迹——是必不可少的。在印刷电路板 (PCB) 设计期间，这些走线必须使用网线或多边形保持器隔离，以防止无意中连接到铜平面。