高速转换器PCB设计考虑之一：电源层和接地层

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。