Buck电路中PCB布局该注意事项总结

[导读]对于一个常见的buck芯片，其电感充电功率回路中包含输入电容，集成在芯片内部的上管MOSFET，功率电感以及输出电容等器件。而电感放电功率回路中则包含功率电感、输出电容和集成在芯片内部的下管MOSFET等。

不管是什么类型的变换器，PCB布局设计的关键就是要找到电路系统的关键回路和关键节点，那么什么是电路系统的关键回路和关键节点?通常，电流变化率di/dt大的环路以及电压变化率dV/dt大的节点，就是关键回路和关键节点，在PCB布局设计的时候，要优先考虑和布局。

01功率回路

如图1(a)和1(b) 展示的分别是上管开通和关断时的电流回路，即我们通常说的功率回路部分。这部分电路负责给用户负载供电，承受的功率较大。电路中的上下管一般使用MOS管，由芯片内部产生的PWM信号来控制他们进行高速的开断。而后半部分电路中的电感和电容组成了一个LC滤波电路，故不会存在一个较高的电流变化趋势。

图1(a) 图1(b)

图1(c)

结合上管和下管，即Q1、Q2的电流波形(图1(c))，不难发现，只有在两个开关管的部分会出现高电流转换速率。由于PWM信号处电压的快速变化，SW点会产生较强的噪声。所以我们在PCB布线时需要特别注意，尽可能减小这一快速变化环节的面积来减少对其他部分的干扰。可喜的是，随着集成工艺的进步，目前大部分电源芯片都将上下管集成到了芯片的内部，只有较少数的应用需要外置MOS或是二极管。

02功率回路的PCB布局

对于一个常见的buck芯片，其电感充电功率回路中包含输入电容，集成在芯片内部的上管MOSFET，功率电感以及输出电容等器件。而电感放电功率回路中则包含功率电感、输出电容和集成在芯片内部的下管MOSFET等。

图2(a) 电感充电功率回路

图2(b) 电感放电功率回路

在进行PCB布线时，这两个功率回路走线要尽可能的短粗，在保证通流能力的情况下保持较小的环路面积，这样可以减少对外辐射的噪声。

输入电容：

需就近放在芯片的输入Vin和功率地PGND，来减少寄生电感的存在。因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声可能会超过芯片的耐压以及对逻辑单元造成不良影响。VIN管脚旁边至少要有1个去耦电容，距离最好小于40mil，用来滤除来自电源输入端的交流噪声和来自芯片内部(倒灌)的电源噪声，同时也会起到储能作用。

SW点：

是开关节点，为噪声源，所以应在保证电流的同时保持尽量小的面积，远离易受干扰的信号走线。另外需要注意的是，对于大电流应用的Buck电路，尽量不要在SW处打过孔，避免把噪声带到其他层去。

输出电容：

与输入电容相似，输出电容需要就近放在电感的输出VOUT和功率地PGND，PGND 与输出电容最短连接并铺整铜，以保证功率回路最小。

铺铜面积与过孔数量：

这两者会影响到PCB的通流和散热能力。一般需要在VIN，Vout和GND处多打过孔，这两处的铺铜也应最大化来达到减小寄生阻抗的目的，SW处的铺铜也不能过小，以免出现限流的情况，导致工作异常。由于PCB的载流能力与PCB板材、板厚、导线宽厚度以及温升相关，较为复杂，可以通过具体设计规范来进行准确的查找和计算。

03逻辑电路的PCB布局

在buck电路中，一般需要注意以下几个逻辑环节：自举电容、反馈电路、VCC和单点接地。

自举电容：

中高压buck芯片内部集成的上管一般都为NMOS，故需要BST自举电路。在电感放电期间，通过对自举电容进行充电，在BST管脚处就会产生一个高于SW的电压，在电感充电期间驱动上管。故BST与SW一样，也是一个电压高速跳变的点，会辐射出较强的噪音。自举电容也要放置在尽可能靠近BST和SW的位置，避免对其他信号的影响，布线时宽度一般在20mil即可。

反馈电路：

一般包括FB上下分压电阻和前馈电容。由于FB点的电压很低，普遍在0.6-0.8V左右，极易与噪声或纹波混淆，是芯片最敏感，最容易受干扰的部分，也是引起系统不稳定的常见原因。所以在布线时，上下分压电阻和前馈电容都尽量靠近芯片摆放来减少噪声的耦合，FB电阻连接到FB管脚的走线要尽可能地短来减小寄生电感以及阻抗。同时，需要注意FB连接到Vo的走线可以通过过孔设置在其他层，但也要尽可能远离噪声源，如SW、BST、电感等。