PCB板布局之輸入電容器和二極體的配置

PCB板布局之輸入電容器和二極體的配置

跳躍的開發板 發表於 2020-04-05 10:18:00

本次介紹以下項目中的第三項「輸入電容器和二極體的配置」。

輸入電容器和二極體的配置

接下來介紹的PCB板布局將以介紹電流路徑時使用的右側電路為基礎。請回憶本電路的同時看PCB板布局圖。

首先，配置最重要的元器件——輸入電容器和二極體。

本章的最開始的「DC/DC轉換器的PCB板布局概述」中的「PCB 布局的要點」 中提到

「將輸入電容器和二極體在與IC引腳相同的面，儘可能地配置在IC最近處」。這顯然是非常重要的要點，所以請務必記住。

輸入電容器在電流電容較小的電源（IO≤1A）時，電容值也變小，因此有時1個陶瓷電容器即可同時充當CIN和CBYPASS。這是因為陶瓷電容器隨著電容值變小，其頻率特性變好。但是，不同陶瓷電容器的頻率特性不同，因此需要確認實際使用產品的頻率特性。

CIN所用的大容值電容器，如以下所示，一般特別頻率特性較差，因此，需要與CIN並聯配置頻率特性優異的高頻用去耦電容器CBYPASS。

CBYPASS請使用表面貼裝型的疊層陶瓷電容器。

Figure 2. 陶瓷電容器的頻率特性

接下來，通過實際的布局來介紹好的例子和不好的例子。

Figure 3-a表示理想的輸入電容器布局例。CBYPASS配置於與IC引腳相同面的最近處。

Figure 3-a. 理想的輸入電容器配置

CBYPASS供給大部分脈衝狀的電流，因此大容量電容器CIN如Figure 3-b所示，離開2cm左右也沒問題，但請遵循前面提到的「儘可能地接近IC」。

Figure 3-b. CBYPASS配置於與IC相同面的最近處時，CIN距離2cm左右也沒問題與之相對， Figure 3-b為妥協的例子。

因空間原因無法在IC相同面配置CIN時，以正確配置了CBYPASS為前提，可如Figure3-c所示，藉助導通孔配置於背面。

但是，此時，可能能夠迴避噪聲相關風險，但因導通孔電阻的影響，在大電流時紋波電壓可能會増加，因此需要進行實際確認。

Figure 3-c. 將CIN配置於背面時擔心紋波電壓増加

下面的Figure 3-d為CBYPASS和CIN配置於背面的布局。

本布局受導通孔的電感成分影響，電壓噪聲増加，因此絕對不可進行這樣的布局。

Figure 3-d. 不可進行的輸入電容器配置，受導通孔電感影響噪聲増加

Figure 3-e 為CBYPASS、CIN及二極體D1的理想布局。

CBYPASS配置於IC的VIN引腳及GND引腳最近處是非常重要的。

但是，降壓型轉換器時，即使將CBYPASS配置於IC的最近處，CIN的接地也存在數百MHz的高頻。因此，建議CIN的接地和輸出電容器CO的接地離開1cm～2cm進行配置。

Figure 3-e. 理想的續流二極體的配置

二極體D1也配置於與IC引腳同面的最近處。二極體使用最短且較寬的布線，需要直接連接於IC的開關引腳和GND引腳。

藉助導通孔配置於背面時，受導通孔電感的影響，噪聲將增加，因此絕對不可藉助導通孔。

Figure 3-f是不好的二極體布局示例。

CBYPASS、IC的VIN引腳及GND引腳的距離較遠，因此受布線電感的影響產生電壓噪聲/振鈴。

二極體、IC的開關引腳和GND引腳和的距離較遠，因此布線電感増加，尖峰噪聲變大。

Figure 3-f. 不好的二極體布局

CBYPASS的配置不當，即未接近配置時，受布線長度或導通孔影響寄生電感增加。從而隨著開關而產生較大振鈴。

此外，到輸入電容器的環路成為天線，噪聲輻射到周邊。

下面的波形是CBYPASS離開2mm時和10mm時的波形。可見振鈴明顯變大。

前面的說明中也略有提到，這是因為布局的影響非常直接地顯示出來的結果。在實際的布局工作中，可能有時不得不妥協。但是，請儘量將妥協部分控制在最低限度，爭取達到理想布局。

關鍵要點：

・最好最先從輸入電容器和二極體的配置開始。

・將輸入電容器和二極體在與IC引腳相同的面，儘可能地配置在IC最近處是鐵則。

・寄生電感會導致噪聲，因此導通孔的使用需要充分探討。電流開關的位置需要注意。

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