笔记本电源Layout 指导准则
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电源板Layout注意点做了几年的电源板的layout,自己总结了一些主要注意的地方,我认为主要是从下面这几个地方考虑:一、 功率回路部分功率板中比较重要首当其冲的就是功率回路部分,在layout的时候应该首先要知道所布的功率部分的电路性质,在电源中功率电路主要分di/dt电路和dv/dt电路,这两种电路在布局走线的时候走法是不一样的。
di/dt电路因为它的单位时间内电流的变化比较大,所以这部分电路在走线的时候重点要关注整个电路的环路面积应尽可能的小,最好是一个环路的走线在不同的层重叠走,这样电路的环路面积最小,本身产生的干扰可以自身就耦合掉dv/dt电路它的侧重点就完全不一样,因为这种电路在单位时间内电压变化会比较大,所以它容易对外界产生干扰,所以这种电路在走线的时候铜皮不能太宽,在满足承载电流的情况下铜皮宽度尽可能的小,不同层的重叠区域尽可能小,敏感信号尽可能远离这些走线二、 驱动部分驱动部分的线首先要考虑整个驱动回路的面积,要尽可能的小,要远离干扰源,离被驱动的部分尽可能的近。
像MOS管之类工功率元件的驱动,在走线的时候要特别注意G极和D极的走线不要平行走,因为在大多数情况下MOS管的D极部分的电路是dv/dt的电路,G极是驱动电路,如果平行走的话,驱动信号很容易被干扰,从而导致MOS的误动作三、 采样信号在功率板中像一些电压采样和电流采样之类的采样信号也是至关重要的,因为这些信号准确与否直接关系到控制端,所有这些采样信号也要尽量避开其他信号,如果有条件的话这些采样信号可以用差分采样,并且在相对应的走线地方能够给他们一个完整的地平面四、 地的处理地的重要性就更不用说了,无论在哪种板子上,对于地的处理都是非常重要的。
在功率板中地相对来说会比较复杂,因为很多时候功率部分走大电流的地、控制部分一些小电流的地都是共地的,所以这时候这些地的处理显的非常重要,在我的经验中处理好这些地,关键是选择一个正确的单点连节点,因为每个电源的设计不一样,所以这个单点连接点的选择也是不一样的,我在小功率光伏逆变器中一般都是选择BUS电容的一个地管脚,变频器中我一般是将大电流中的一个电容的地管脚引一根比较粗的走线到开关电源输入端的那个电容的地管脚上,然后再从这个地管脚引到开关电源后面出来的那些小电流的地平面上,当然还有一些别的地,如晶振的地、采样的地等,每个公司的设计规则不一样,走法也不一样,网上对于地的处理的资料也比较多五、 安规安规在电源产品的设计中是不可或缺的,对于不同国家不同地区相应的安规法规要求也是有区别的,还有应用环境的污染等级和海拔高度都会对安规要抓的距离有比较大的影响,所有我们在设计之初一定要搞清楚上面这些因素,如果有安规工程师的话可以请他们给出比较专业的爬电和电气间隙的距离,我们实际PCB Layout的时候要特别注意那些金属元件在PCB上所在区域,比如保险丝,它两头是金属的中间是非金属,如果没有座子的话,保险丝的两头金属的会和PCB接触,所有保险丝周围的表层走线要注意避开这些金属区域六、 散热对于那些功率比较大的系统来说,散热也是至关重要的,这个一般情况下要和结构配合好,在设计之前要了解整体结构的散热方式,是自然冷却、风冷还是水冷,其中风冷又分吸风和吹风,这些都会对布局产生比较大的影响七、 E MC主要是一些功率部分的走线宽度尽量不要发生突变,如果需要拐弯,拐弯的地方也尽量做的平和一点,不要突变,还有就是有时候会有大电流、小电流、采样信号中有些虽然有些是共用一个网络,但是自在走线的时候不要 共用一个回路,要分开走,各走各的回路比较好。
Layout主要工作注意事项●画之前的准备工作●与电路设计者的沟通●Layout 的金属线尤其是电源线、地线●保护环●衬底噪声●管子的匹配精度一、l ayout 之前的准备工作1、先估算芯片面积先分别计算各个电路模块的面积,然后再加上模块之间走线以及端口引出等的面积,即得到芯片总的面积。
2、Top-Down 设计流程先根据电路规模对版图进行整体布局,整体布局包括:主要单元的大小形状以及位置安排;电源和地线的布局;输入输出引脚的放置等;统计整个芯片的引脚个数,包括测试点也要确定好,严格确定每个模块的引脚属性,位置。
3、模块的方向应该与信号的流向一致每个模块一定按照确定好的引脚位置引出之间的连线4、保证主信号通道简单流畅,连线尽量短,少拐弯等。
5、不同模块的电源,地线分开,以防干扰,电源线的寄生电阻尽可能较小,避免各模块的电源电压不一致。
6、尽可能把电容电阻和大管子放在侧旁,利于提高电路的抗干扰能力。
二、与电路设计者的沟通搞清楚电路的结构和工作原理明确电路设计中对版图有特殊要求的地方包含内容:(1)确保金属线的宽度和引线孔的数目能够满足要求(各通路在典型情况和最坏情况的大小)尤其是电源线盒地线。
(2)差分对管,有源负载,电流镜,电容阵列等要求匹配良好的子模块。
(3)电路中MOS管,电阻电容对精度的要求。
(4)易受干扰的电压传输线,高频信号传输线。
三、layout 的金属线尤其是电源线,地线1、根据电路在最坏情况下的电流值来确定金属线的宽度以及接触孔的排列方式和数目,以避免电迁移。
电迁移效应:是指当传输电流过大时,电子碰撞金属原子,导致原子移位而使金属断线。
在接触孔周围,电流比较集中,电迁移更容易产生。
2、避免天线效应长金属(面积较大的金属)在刻蚀的时候,会吸引大量的电荷,这时如果该金属与管子栅相连,可能会在栅极形成高压,影响栅养化层质量,降低电路的可靠性和寿命。
解决方案:(1)插一个金属跳线来消除(在低层金属上的天线效应可以通过在顶层金属层插入短的跳线来消除)。
移动电源LAYOUT注意事项:
1.电流采样电阻的地以及主电路的地尽量集中靠近为主地并且走线尽量加宽,然后MCU部分的地(回路不要与大电流地有叠加情况)单独连到主地;
2.有排针连接过大电流的情况,尽量用直通针连接上下板,不要用公母座接插(会增加接触阻抗);
3.MCU的AD口电容尽量靠近MCU的I/O口,尽量保证先过电容再到I/O的原则,滤波电容的地要与单片机的地共地且单独连接到主地;
4.采样电阻取样端尽量靠近电阻焊盘端取样;
5.电池正连接到电感,升压MOS等升压部分主电流回路走线尽量加宽以降低损耗,输入输出滤波电容尽量靠近升压部分电路。
以下是参与示意图:。
电源ESD以及芯片layout电源ESD 以及芯片layout JAMES-LIUESD 静放电,由于人体容易带静电以及设备未良好接地,越来越多的设备为了免受ESD 侵害,安规EN61000-4-2要求对电源产品进行ESD 测试。
很多消费类电源对ESD 的要求都提高到了空气+/-20KV 。
ESD 通过ESD 枪接触或者经过空气传播到设备端口。
通常是输出端子正端或负端将ESD 能量由电源的次级通过媒介传递到电源的初级。
需要注意ESD 的能量持续时间短,所以频率非常高,高频频谱丰富(500MHz ),这样相对容易通过电容。
主要传递的媒介有三个,隔离变压器的寄生电容,隔离Y 电容以及隔离传递信号的光耦。
ESD 通常不能通过的原因,也是因为一些距离不足,高压产生火花,或有高电压脉冲进入元件,从而造成元件损坏。
因此我们总是要注意一些元件以及走线的距离。
另外ESD 能量总是走阻抗最低的路径,你需要引导它到此路径上来时,就需要做到该线路阻抗比别的线路低。
比如放电针的针尖。
【隔离器件】,隔离变压器一般做好绝缘处理,不容易产生火花。
但也要注意裸露在外的磁芯与周围的一些距离。
光耦初次级的间距一定要比跨接的Y 电容的间距要大(Y 电容距离不够可开槽),否则就容易在光耦上产生火花。
此火花产生的脉冲很容易通过FB 进入芯片,造成芯片损坏。
因此唯一允许泄放的设计通道是将ESD 能量在Y 电容处完全泄放。
需要在Y 电容处设计放电针来实现。
放电针可以并排2,3组。
由于尖端放电的能量最强,所以对应的针尖要对齐。
由于安规距离的限制,最小距离控制在6.5mm 。
【次级回路】layout 上需考虑的就是输出端正,负的走线到初次级Y 电容的阻抗越小越好。
有的甚至正端的走线加放电针与Y 电容放电针并排。
常遇到431的地与输出地连成一片,而地与Y 电容距离较远,那么ESD 能量就容易引入到431,造成431损坏。
另外次级整流管的走线不能被地包围,否则也容易导致二极管损坏。
开关电源PCB Layout设计原则中心议题:开关电源印制板布线原则开关电源印制板铜皮走线的一些事项开关电源印制板大电流走线的处理反激电源反射电压的一个确定因素解决方案:铝基板在开关电源中的应用多层印制板在开关电源电路中的应用一、引言开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。
因为开关三极管总是工作在“开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。
开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。
开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。
开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。
隔离电源按照结构形式不同,可分为两大类:正激式和反激式。
反激式指在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。
原边截止时,副边导通,能量释放到负载的工作状态,一般常规反激式电源单管多,双管的不常见。
正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传递。
按规格又可分为常规正激,包括单管正激,双管正激。
半桥、桥式电路都属于正激电路。
正激和反激电路各有其特点,在设计电路的过程中为达到最优性价比,可以灵活运用。
一般在小功率场合可选用反激式。
稍微大一些可采用单管正激电路,中等功率可采用双管正激电路或半桥电路,低电压时采用推挽电路,与半桥工作状态相同。
大功率输出,一般采用桥式电路,低压也可采用推挽电路。
反激式电源因其结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,而在中小功率电源中得到广泛的应用。
在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,实现起来有难度。
1. 一般规则1.1 PCB板上预划分数字、模拟、DAA信号布线区域。
1.2 数字、模拟元器件及相应走线尽量分开并放置於各自的布线区域内。
1.3 高速数字信号走线尽量短。
1.4敏感模拟信号走线尽量短。
1.5 合理分配电源和地。
1.6 DGND、AGND、实地分开。
1.7 电源及临界信号走线使用宽线。
1.8 数字电路放置於并行总线/串行DTE接口附近,DAA电路放置於电话线接口附近。
2. 元器件放置2.1 在系统电路原理图中:a) 划分数字、模拟、DAA电路及其相关电路;b) 在各个电路中划分数字、模拟、混合数字/模拟元器件;c) 注意各IC芯片电源和信号引脚的定位。
2.2 初步划分数字、模拟、DAA电路在PCB板上的布线区域(一般比例2/1/1),数字、模拟元器件及其相应走线尽量远离并限定在各自的布线区域内。
Note:当DAA电路占较大比重时,会有较多控制/状态信号走线穿越其布线区域,可根据当地规则限定做调整,如元器件间距、高压抑制、电流限制等。
2.3 初步划分完毕后,从Connector和Jack开始放置元器件:a) Connector和Jack周围留出插件的位置;b) 元器件周围留出电源和地走线的空间;c) Socket周围留出相应插件的位置。
2.4 首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A转换芯片等):a) 确定元器件放置方向,尽量使数字信号及模拟信号引脚朝向各自布线区域;b) 将元器件放置在数字和模拟信号布线区域的交界处。
2.5 放置所有的模拟器件:a) 放置模拟电路元器件,包括DAA电路;b) 模拟器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线的一面;c) TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线周围避免放置高噪声元器件;d) 对於串行DTE模块,DTE EIA/TIA-232-E系列接口信号的接收/驱动器尽量靠近Connector并远离高频时钟信号走线,以减少/避免每条线上增加的噪声抑制器件,如电容等阻流圈和。
1. 一般规则1.1 PCB板上预划分数字、模拟、DAA信号布线区域。
1.2 数字、模拟元器件及相应走线尽量分开并放置於各自的布线区域内。
1.3 高速数字信号走线尽量短。
1.4敏感模拟信号走线尽量短。
1.5 合理分配电源和地。
1.6 DGND、AGND、实地分开。
1.7 电源及临界信号走线使用宽线。
1.8 数字电路放置於并行总线/串行DTE接口附近,DAA电路放置於电话线接口附近。
2. 元器件放置2.1 在系统电路原理图中:a) 划分数字、模拟、DAA电路及其相关电路;b) 在各个电路中划分数字、模拟、混合数字/模拟元器件;c) 注意各IC芯片电源和信号引脚的定位。
2.2 初步划分数字、模拟、DAA电路在PCB板上的布线区域(一般比例2/1/1),数字、模拟元器件及其相应走线尽量远离并限定在各自的布线区域内。
Note:当DAA电路占较大比重时,会有较多控制/状态信号走线穿越其布线区域,可根据当地规则限定做调整,如元器件间距、高压抑制、电流限制等。
2.3 初步划分完毕后,从Conne ctor和Jack开始放置元器件:a) Connec tor和J ack周围留出插件的位置;b) 元器件周围留出电源和地走线的空间;c) Socket周围留出相应插件的位置。
2.4 首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A转换芯片等):a) 确定元器件放置方向,尽量使数字信号及模拟信号引脚朝向各自布线区域;b) 将元器件放置在数字和模拟信号布线区域的交界处。
2.5 放置所有的模拟器件:a) 放置模拟电路元器件,包括DAA电路;b) 模拟器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线的一面;c) TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线周围避免放置高噪声元器件;d) 对於串行DT E模块,DTE EIA/TIA-232-E系列接口信号的接收/驱动器尽量靠近Conn ector并远离高频时钟信号走线,以减少/避免每条线上增加的噪声抑制器件,如电容等阻流圈和。