因为在大多数情况下,分离接地层只会增加返回电流的电感,它所带来的坏处大于好处。从公式V = L(di/dt)可以看出,随着电感增加,电压噪声会提高。而随着开关电流增大(因为转换器采样速率提高),电压噪声同样会提高。因此,接地层应当连在一起。
在高速转换器的PCB设计中,电源层和接地层的处理是至关重要的,因为它们直接影响到转换器的性能和稳定性。本篇文章将探讨这两方面的一些关键考虑因素。
让我们来关注接地层的设计。在高速转换器的应用中,一个常见的疑问是是否应该将模拟接地(AGND)和数字接地(DGND)分离。根据描述,通常不建议分离这两个接地层,因为这会增加返回电流的电感,进而导致电压噪声的增加。公式V = L(di/dt)表明,电感的增加会提高电压噪声,特别是当开关电流因转换器采样速率提高而增大时。因此,保持接地层连通能有效地减少噪声。
然而,也存在特殊情况,比如当电路板空间有限或者需要处理脏乱的总线电源或数字电路时,可能会选择分离接地层。在这种情况下,需要在合适的位置通过电桥或连接点将接地层重新连接,以保证电流流动的低阻抗路径。最佳的连接点通常位于转换器附近,这样可以最小化对转换器性能的影响。
接下来,我们讨论电源层的设计。电源层应充分利用可用的铜面积,避免共享走线,因为额外的走线和过孔会分割电源层,形成小的电源岛。这种现象会导致电流路径变得集中,特别是在转换器电源引脚周围,增加局部电阻,引起电源电压的微小降压。为了优化电源层,需要确保高噪声的数字电源与低噪声的模拟电源相隔离,即使是在不同层之间,也要尽量避免相互干扰。
在实际设计中,电源层的布局策略是减少噪声传播的关键。例如,应将电源层放置在远离敏感信号路径的位置,并且尽量保持电源层连续,避免形成可能导致噪声的断裂。此外,适当的去耦电容配置也是必不可少的,它可以提供瞬态电流需求,同时滤除电源中的高频噪声,这对于高速转换器的稳定工作至关重要。
高速转换器的PCB设计需要仔细处理电源层和接地层,以保证低噪声环境和稳定的电源供应。合理地连接和规划接地层,避免电源层的分割,以及采用有效的去耦策略,都是实现高性能转换器设计的关键步骤。在后续的文章中,我们将进一步探讨电源输送和去耦技术,以帮助理解如何最大限度地提高高速转换器的性能。