步进电机驱动方案 BoosterPack升压DRV8711-第三部分

在我之前的帖子中，我们拼凑了一个系统，找到了我们的组件，征服了强大的原理图，并进行了审查、审查和审查。许多人会称他们的设计部分完成，将原理图交给布局工程师，并在等待 PCB 时喝杯咖啡。但是，不要放弃！布局是我们物理实例化原理图的地方，它是各种常见错误的根源。在这篇文章中，我将向您介绍这些常见的布局错误以及它们的修复方法。知道其中许多技巧都是工程经验法则，有关 PCB 布局设计的更多详细信息，您可以在网络上查看大量可用资源。

以下是德州仪器关于正确 PCB 布局实践和设计的一些应用说明……

· 降低 EMI 的 PCB 设计指南

· 通过 PCB 布局技术减少振铃

· 电源控制器的 PCB 布局指南

我们今天要讨论的三个常见错误是……

· 与 PowerPAD（Thermal Pad）的不正确连接

· 大电流线路的走线尺寸不当

· 大/高阻抗电流回路

*图像注释：红色 = 顶部铜层，蓝色 = 底部铜层，器件 = DRV8711

1. PowerPAD（导热垫）连接不当

今天，许多设备都有一个PowerPAD（IC 底部的外露铜焊盘），以改善内部硅的散热。这在通常具有集成功率 MOSFET的电机驱动器、放大器、电源转换器等中尤为重要。这些功率 MOSFET 产生的热量（与 R DS(ON)和流经 FET 的电流直接相关）必须从硅中转移出去，以保持高水平的性能并避免损坏。通常，该焊盘错误地未焊接或连接到 PCB 上的隔离铜。我们将使用DRV8711，步进电机预驱动器，作为下面的示例，说明该做什么和不该做什么。

别！

PCB 上没有放置 PowerPAD 着陆区。阻焊剂会将 PowerPAD 与 PCB 上的铜隔离（无散热能力）。

别！

PowerPAD 连接到隔离铜平面（最小散热能力）。两条迹线切断了顶部铜平面，并且没有通孔连接到底部铜平面。

做！

PowerPAD 通过推荐的通孔焊盘图案连接到顶层和底层的开放铜平面（参见数据表）。

2. 大电流线路的走线尺寸不当

适当调整铜迹线以处理电流负载是 PCB 布局设计的关键组成部分。许多因素会影响此计算，包括您所需的温升、散热能力和走线处理负载的时间。使用的一般经验法则是 10 密耳（走线宽度）/安培（使用 2 盎司铜）。这是最低限度的规则。对于关键布线和设计，您将需要花费更多时间来确定 PCB 的理想走线宽度。

别！

5A 电源走线尺寸为 10 密耳（太窄）。

做！

5A 电源走线尺寸合适（恰到好处）。

3.  长而高阻抗的电流回路

我们今天要讨论的最后一个主题是冗长的高阻抗电流回路。这些可以出现在各种地方的设计中。对于不良电流环路，我们看到的第一个常见错误是内部稳压器的去耦电容。去耦电容应放置在稳压器输出的器件引脚附近，与器件 GND 引脚的返回路径较短。

在 DRV8711 上，我们看到 V5 和 VINT（C5 和 C6）稳压器上有两个去耦电容器。

别！

有一个用于去耦电容器的长电流回路。在通过 PowerPAD 并进入 DRV8711 的 GND 引脚之前，电容器的 GND 网络在 PCB 周围形成了很长的路径。

做！

使用紧凑的低阻抗电流回路来去耦电容器。电容器的 GND 网络直接连接到 DRV8711 的 GND 引脚。

对于步进电机驱动器，通常在每个 H 桥的低端都有一个检测电阻。在具有集成功率 MOSFET 的电机驱动器（甚至是具有外部功率 MOSTFET 的驱动器）中，人们经常忘记该检测电阻器是从电机返回电源的高电流的主要返回路径。

下面我们看到了由 DRV8711 驱动的两个外部 H 桥 (Q1-Q4) 的电流返回路径（通过 R1 和 R2，检测电阻器）。

别！

具有用于高电流路径的长电流回路。下面，高电流路径通过 DRV8711，绕过各种接头到达 MCU（可能会干扰 ADC、SPI 线路和 GPIO），然后最终返回电源。

做！

为高电流路径使用紧凑的低阻抗电流环路。在这里，检测电阻器立即通过底层，低阻抗走线将电流直接输送回电源。

额外的信用！

问题：在最后一张图片中，有一个相当常见的错误违反了我刚刚列出的这三个规则之一。你能找到吗？这个并不像我在这里给出的例子那么明显，并且与我们每天看到的更相似。

提示：它与检测电阻有关，此板的设计可实现 8A 的峰值电流。

答：两个检测电阻器利用热释放，这是 Altium 的默认设置。热释放默认宽度为 10 密耳，即使有 4 个辐条，这仍然不足以承载本设计中规定的峰值电流。

下一次，我们将介绍布局设计中的一些关键错误，包括不正确的接地技术、不良的元件布局和不良的信号路由。