今天给大家分享的是电源设计。

一、典型的同步降压控制器

典型的同步降压控制器

上图为典型的示意图。与大很多原理图一样，显示的引脚注释并不代表实际的 IC，它是一个 TSSOP-20。所以在看Datasheet的时候，还是要多注意一点， 不能只看这一个示意图。

二、实际同步降压控制器示意图

实际同步降压控制器示意图

这里可以明显看到和上面的不一样了。元件在上的电气连接方式有许多名称，不存在标准的一个命名。我一般会先放置开关节点，通常是电感或者变压器绕组以及1-2个电源开关，大电阻 RCS 用于检测电流，它与同步 MOSFET Q2 串联。

下面就会分步教大家来设计。

第1步：切换节点

切换节点

开关节点是一个很好的静电辐射器，因为它以一定的开关频率进行震荡。位移电流流动，对自由空间中开关节点和接地平面之间的电容进行充电和放电。一般来说，如果这个节点的面积最小化会更好。

我一般从构成开关节点的功率开关二极管和电感开始，放置在使它们的路径尽可能靠近的位置。然后，放置了一个刚好覆盖所有三个路径的实体形状。

对于除降压稳压器以外的其他稳压器，通过查看高电位摆动的任何节点，寻找方法来最大限度地减少对其它地方的电容。在许多类型中，如反激式或 SEPICS，将有两个开关节点，每个开关节点都需要得到处理。

第 2 步：输入电容组

输入电容组

输入电容、高侧 FET 和低侧 FET 之间的环路需要最小化，这是 Buck 设计中最关键的路径。这里一定要最大限度地减少输出尖峰。并且一定要使用大铜多边形作为与 MOSFET 的主电源连接，这在电气上和热学上都会有帮助（同样这个方法也适用于过孔。）通常越多越好。

通孔还充当电路板背面和内层的热通道。如果可以的话，用焊料填充。虽然在电学或热学方面不如铜好，但焊料比空气好得多。

那个靠近FET的小电容Cin2，是低值 MLCC，通常为 100 nF，主要是为了在降低最高频率的噪声和谐波。低值 MLCC的电容值和物理尺寸都很小，可以最大限度地降低 ESR 和 ESL。在 Cin2 之后，有了更大的 MLCC ，降低了开关频率的输入电压和电流纹波以及更低的谐波。这个电容可以抑制潜在的振荡并在瞬变期间维持输入电压，不过都是低的开关频率，因此这个电容可以放的更远一点。

第 3 步：在紧密环路中获得缓冲器

在紧密环路中获得缓冲器

缓冲器滤波器可以降低高频噪声并改善辐射。因为缓冲器处理很高的频率噪声，通常高于 10 兆赫兹。所以它们得以最小的电感进入紧密环路，不然将无法过滤。

第4步：输出电容组

输出电容组

这里必须要注意，在完整的布局之前，我们必须要注意有关低侧 FET、阳极或二极管。这是一个噪声节点，不应直接连接到地平面。这样做会将噪声注入地平面。这个就好比一群吵闹的孩子在宽阔的操场上。

如果你看到降压稳压器输出出现尖峰，那么这里连接可能不正确。在理想的设计中，降压稳压器的输出几乎没有尖峰。通常，出现在输出端的任何尖峰都是通过地轨传导的。

仔细注意低侧开关接地之间的路径，回到输入电容，输出尖峰几乎可以消除，或者至少大大减少。电感将高频电流和这些元件保持在最低限度。

最小的输出电容 Co5 恰好靠近输出连接器或负载（如果负载位于同一 PCB 上），以在高频噪声干扰负载之前将其清除。如果高频噪声进入输出线束，它会将它们作为天线进行辐射。

第 5 步：定位 IC

定位 IC

布局良好的 IC 会将噪声引脚（如栅极驱动器）与 IC 一侧的根带引脚组合在一起。然后，敏感的模拟引脚，如对反馈节点的控制或软启动，则位于另一侧。

第6步：栅极驱动电路

与外部 MOSFET 的栅极连接是非常高的 DIDD 路径，因此需要仔细考虑。具有大量栅极电荷的大 FET 会产生数安培的峰值电流，此处的长连接会显着减慢 FET 开关的上升和下降时间。这对于降压应用中的高端 FET 尤为重要，因为过慢的边沿会增加开关损耗。

尝试将栅极到驱动器的连接直接放在源极到驱动器的接地连接之上，以尽量减少由此产生的环路所包围的面积，并使用至少 0.3 毫米宽的走线。

我通常是通过两层布线栅极驱动器，所以我将至少两个并联的过孔防止在该路径中的寄生电感中。

第7步：完成高端栅极驱动路径

完成高端栅极驱动路径

有很多设计在从栅极驱动引脚到 MOSFET 栅极的短、宽、低电感连接方面做得很好，但它是高侧 MOSFET 或低侧，返回路径经常被忽略。

对于高端 FET，返回路径是开关节点。出于散热原因，开关节点通常有大量的散热过孔，可用于将驱动电流带回原处。有时，你可以直接在发送路径下运行返回路径。由于我是在同一顶层布线，所以我选择将它们并联放置在一起，就像差分对一样。

通常，还有一个引导程序，是为 N-MOSFET 产生完全驱动的电荷泵，它的二极管和电容也需要短的、低电导环路。

第8步：完整的低侧栅极驱动路径

完整的低侧栅极驱动路径

低侧或同步 MOSFET 栅极驱动的返回路径通过系统地。这里需要运行一个单独的跟踪。为此，许多控制和稳压器 IC 都有专用的接地引脚，通常称为 P 接地，有时甚至更直接地称为门回路或类似名称。所有这些路径和接地部分之间的物理连接都在 IC 下方。在层间切换时至少使用两个过孔，并尽可能靠近发送路径运行这些返回路径。

第 9步：差分电流检测

差分电流检测

不是每个控制 IC 都有差分感应线，你至少得感应出一个主电流。还有一个问题，就是弟电流检测IC的负极接地。几乎不可能将差分感应线与感应电阻布线在同一层，因此它们必须通过过孔。这次不需要并联过孔，因为电流在RAM 范围内，但是任何实心接地层都会连接到该负侧过孔，同时会导致你PCB走线短路。

通常需要将控制器 IC 的 A 地和 P 地连接起来，即模拟地和电源地，有时称为信号地和电源地，或简称为信号地和地。

第 10步：放置低功率部件

如果你有专门的顶部接地形状的空间，你可以将其用作所有接地参考控制电路、反馈分压器、软启动和控制环路的返回。如果这样的形状不适合，可以使用菊花链从 AGND 引脚连接到各种小信号接地的走线。如果你想通过多层布线此走线，则布局软件会出现问题，因为它想要将过孔连接到内部接地层。而且会引出想要隔离这条痕迹的全部要点。所以，我建议把它放在顶层。

一种方法是提出一个单独的 AGND 符号。你通过多层将所有信号接地点连接在一起，而无需连接到内部平面。但是当连接 AGND 和 PGND，或 AGND 和 PGND 网络时，很可能会产生 DRC 错误。

第 11 步：反馈跟踪

反馈跟踪

保持最高阻抗走线较短，因为它们最有可能拾取杂散场。因此，例如，反馈分压器中的两个电阻应位于非常靠近稳压器反馈引脚的位置，而不是电源输出附近。从分压器顶部到电源输出的连接是 Vout，这是一个非常低的阻抗连接，因此不会受到噪声拾取的影响。相反，放大器输入是一个非常高的阻抗输入，并且非常容易受到杂散场感应噪声的影响。

有一种趋势是想让敏感节点变大，还错误地认为这种方法可以提供一些屏蔽的效果，但实际情况正好是相反的。不仅增加了自由空间的电容，并增加了噪声拾取的可能性。使敏感走线变窄并尽可能短。

第12步：顶部敷铜

顶部敷铜

淹没未使用的 PCB 区域的技巧是确保连接到安静的节点。

第13步：重新审视切换节点

重新审视切换节点

开关节点非常重要，我们在底层的首要任务是审查热管理和电气噪声之间的这一关键.特别是，低侧 MOSFET 依靠一些单体铜掩膜来保持冷却，因为它的漏极连接到开关节点，而 MOSFET 的大部分热量都从漏极散发出来。这个封装的占位面积是一个热增强型 SO8，内置 12 个热过孔。这里可以在底层放置一个多边形，其形状和大小与顶层多边形相同，刚刚覆盖电感焊盘和两个 MOSFET 的那个。良好的热通孔矩阵将有助于将热量吸收到底层。即使在没有主动冷却的设计中，对流也很可能使一些空气穿过 PCB 底部。

第14步：关于散热孔

散热孔

这是一个PCB 封装，带有一个大散热片。当直接放置在热源下方时，热通孔效果最佳。但同样，这需要与 PCB 制造商进行良好的沟通。我的个人经验是 0.25 毫米的孔与 0.5 毫米的外径相结合，是一个很好的方案。这些尺寸孔偏小，无法吸走太多焊料，但又不算微孔，钻孔成本更高。我通常将它们隔开 1 毫米或 1.5 毫米。

第 15步：用 GND 背面敷铜

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