在DC-DC芯片的应用设计中，PCB布板是否合理对于芯片能否表现出其最优性能有着至关重要的影响。不合理的PCB布板会造成芯片性能变差如线性度下降（包括输入线性度以及输出线性度）、带载能力下降、工作不稳定、EMI辐射增加、输出噪声增加等，更严重的可能会直接造成芯片损坏。

        一般DC-DC芯片的使用手册中都会有其对应的PCB布板设计要求以及布板示意图，本次我们就以同BUCK芯片为例简单讲一讲关于DC-DC芯片应用设计中的PCB Layout设计要点。

关注芯片工作的大电流路径

        DC-DC芯片布板需遵循一个非常重要的原则，即开关大电流环路面积尽可能小。下图所示的BUCK拓补结构中可以看到芯片开关过程中存在两个大电流环路。红色为输入环路，绿色为输出环路。每一个电流环都可看作是一个环路天线，会对外辐射能量，引起EMI问题，辐射的大小与环路面积呈正比。

        （注意：当芯片引脚设置不足以让我们同时兼顾输入环路与输出环路最小时，对于BUCK而言，应优先考虑输入部分回路布线最优化。因为输出回路中电流是连续的，而输入回路中电流是跳变的，会产生较大的di/dt，会引起EMI问题的可能性更高。如果是BOOST芯片，则应优先考虑输出回路布线最优化。）

输入电容的配置

1. 1. 对于BUCK芯片而言，要想使输入环路尽可能小，输入电容应尽可能靠近芯片引脚放置
   2. 为了让电容滤波效果更好，让电源先经过输入电容，再进入芯片内部
   3. CIN 使用的大容量电容器，一般情况下频率特性差，所以要与 CIN 并联频率特性好的高频率去耦电容器 CBYPASS 
   4. 电流容量小的电源（IO≤1A）场合，容量值也变小，所以有时可用1个陶瓷电容器兼具CIN 和 CBYPASS 功能

电感的配置

1. 对于BUCK芯片而言，要想使输入环路尽可能小，电感要靠近芯片SW引脚放置；
2. 以覆铜方式走线减小寄生电感、电阻；
3. SW节点要以最小面积处理大电流，防止铜箔面积变大会起到天线的作用，使 EMI 增加；
4. 电感附近不要走敏感信号线；
5. 自举电路这一块，自举电路要尽量去靠近 SW pin 脚来缩短整个高频的流通路径。

附上温升10℃时，PCB板的线宽、覆铜厚度与通过电流的对应关系供参考。

输出电容的配置

1. 降压转换器中，由于向输出串联接入电感器，所以输出电流平滑；
2. 输出电容靠近电感放置。

反馈路径的布线

1. 通常FB反馈网络处的分压电阻都采用K级，10K级或上百K的阻值，阻值越大，越容易受干扰，应远离各种噪声源如电感、SW、续流二极管等；
2. FB、COMP脚的信号地尽可能地与走大电流的功率地隔离开，然后进行单点相连，尽量不要让大电流信号的地 去干扰到小信号电流的地；
3. FB的分压电阻要从VOUT上进行采样，采样点要靠近输出电容处才能获得更准确的实际输出电压值。

DC-DC的Layout要点(1)

引言：在开关电源的设计中，PCB布局设计与电路设计同样重要。合理的布局可以避免电源电路引起的各种问题。不合理的布局可能导致输出和开关信号叠加引起噪声增加、调节性能恶化、稳定性欠佳等。采用恰当的布局可以避免这些问题的发生。

DC-DC的环流

图24-1：开关元件Q1导通时的电流路径

如图24-1的红色线表示开关元件Q1导通时流过的主要电流和路径以及方向。Cbypass是高频用去耦电容器，CIN是大容量电容器。开关元件Q1导通的瞬间，流过急剧的电流，其大部分由Cbypass提供，其次由CIN提供，缓慢变化的电流则由输入电源提供。

图24-2：开关元件Q1关断时的电流路径

图24-2的红色线表示开关元件Q1关断时的电流路径。续流二极管D1导通，电感器L中蓄积的能量会释放到输出侧。因为降压转换器的输出拓扑结构中串联了电感，所以输出电容器的电流虽然上下波动，但比较平滑。

图24-3：电流差分、布局方面的重要路径

图24-3的红色线表示图24-1和图24-2的差分。开关元件Q1从关断到开通，从开通到关断切换时，红色线部分的电流都会急剧变化。由于这个变化很快，所以会出现含有较多高次谐波的波形。该差分系统在PCB布局时是重要之处，需要给予最大限度的重视。

PCB布局要点

PCB布局要点大致如下：

1. 将输入电容器，续流二极管和IC芯片放置在PCB的同一个面上，并尽可能靠近IC芯片放置。
2. 为改善散热条件可以考虑加入散热过孔阵列。
3. 电感可使来自开关节点的辐射噪声最小化，重要程度仅次于输入电容，需要放置在IC的附近处，电感布线的铜箔面积不要过大。
4. 输出电容器尽量靠近电感器放置。
5. 反馈路径的布线尽量远离电感器、续流二极管等噪音源。

输入电容器的布局

设计布局时，首先应放置最重要的部件：输入电容器和续流二极管。在设计电流较小的电源（Iout≤1A）时，需要的输入电容也比较小，有时一个陶瓷电容器可以同时作为CIN和Cbypass来使用。这是因为陶瓷电容器的电容值越小，频率特性越好。但是，由于不同陶瓷电容器的频率特性不同，使用前确认好实际使用产品的频率特性。

图24-4：陶瓷电容的频率特性

CIN:1µF 50V X5R 10µF 50V X5R

CBY:0.1µF 50V X7R 0.47µF 50V X7R

如图24-4所示，当使用大容量电容器作为CIN时，一般而言其频率特性并不好，所以通常需要与CIN并联配置一颗频率特性优异的高频去耦电容器Cbypass，Cbypass通常使用表面贴装型的叠层陶瓷电容器（MLCC），一般选择X5R或X7R型，容值为0.1μF～0.47μF的电容。

图24-5：理想的输入电容器的布局

如果Cbypass、IC的VIN引脚与GND引脚的距离较远，受布线寄生感抗的影响会产生电压噪声/振铃，所以尽量缩短二者之间的布线距离。降压转换器的应用中，即使将Cbypass放置在离IC最近的位置，CIN的地上也存在着数百MHz的高频。因此建议CIN的接地和输出电容器Cout的接地要距离1cm～2cm进行布局。

图24-6：CBYPASS放在与IC相同面的最近处时

CIN放置在距离2cm处也不会有太大的问题。

图24-7：将CIN放在IC的背面纹波电压可能会增大

图24-8：不理想的输入电容布局受过孔和电感的影响噪声会增加

续流二极管的布局

二极管D1要放置在与IC同一层且最靠近IC引脚的位置，图24-9是Cbypass、CIN及二极管D1的理想布局。如果IC引脚到二极管的距离过长，由布线的寄生电感引起的噪音毛刺会叠加到输出上。续流二极管要使用最短且较宽的布线，直接连接到IC的开关引脚和GND引脚。如果借助过孔和底层连接，受过孔寄生电感的影响，毛刺噪声将增加，因此续流二极管的布线绝对不能借助过孔。

图24-9：理想的续流二极管布局

图24-10还展示了其他不合理的布局，续流二极管与IC的开关引脚及GND引脚距离较远，这会导致布线上的寄生电感增加从而导致噪音毛刺变大。为了改善布局不当产生的毛刺噪声，有时可能会追加RC缓冲电路作为应急处理。

图24-10：不理想的续流二极管布局

如图24-11所示缓冲电路需要放置在IC的开关引脚和GND引脚的近处。即使放置在二极管的两端，也不能吸收由于布线的寄生电感产生的毛刺噪声（ 图24-12）。

图24-11：理想的缓冲电路布局

图24-12：不理想的缓冲电路布局

热焊盘

PCB的铜箔虽然有助于散热，但因为厚度不够，超过一定面积就无法得到与面积相当的散热效果。利用基板散热是通过基板的板材实现的，使用散热过孔，能够有效地将热传递到基板的另一面并大幅降低热阻。

对于芯片底部外露散热焊盘的封装，散热焊盘是地电位，即使布了很宽的铜箔走线也不会增加电磁干扰。为了提高散热过孔的导热率，建议采用可电镀填充的内径0.3mm左右的小孔径通孔阵列。如果孔径过大，在回流焊处理工序中容易出现爬锡的现象，建议散热过孔的间距为1.2mm左右，放置在封装散热焊盘的正下方。如果仅靠散热焊盘正下方的面积不足以散热，还可以在IC的周围尽量靠近IC的地方放置散热过孔。

DC-DC的Layout要点(2)

引言：DC-DC的电感是一个特殊的器件，工作期间不断地储能放能，激发出电磁场，一方面向空间辐射，一方面沿着电源线路传导，所以DC-DC的电感选型和布局布线尤为重要，本节是系列的第二节，简述电感的布局布线规范。

1. 电感的布局

将电感尽量放置在IC附近，可以将来自开关节点的辐射噪声控制在最低，不需要使用过宽的布线，可能有些考虑是为了降低走线的阻抗或者增加散热面积而增大电感焊盘处的铜箔面积，但过大的铜箔可能会产生天线效应增加电磁干扰。

电流耐受能力是决定布线宽度的考量之一，图24-1是流过一定电流时的导体宽度和自发热导致的温升图表。例如，当2A的电流流过镀层厚度35µm的布线时，为了使温升控制在20℃，可以使用宽度为0.53mm的布线。但是，由于布线会受到周围元器件发热及环境温度的影响，建议布线宽度要具备充足的余量。例如，建议1盎司（1OZ）（35µm）铜厚PCB板上每1A电流能力布线宽度选择1mm以上，2盎司（70µm）铜厚PCB板上每1A电流能力布线宽度选择0.7mm以上。

图24-1：镀层厚度、导线宽度、电流导致的温升

从EMI的角度考虑推荐的布线面积的布局如图24-2所示：

图24-2：理想的电感布线

图24-3是不正确的布线布局，使用了过宽的走线，可能会产生天线效应增加电磁干扰。

图24-3：不好的电感布线铜箔面积过大

不可以在电感的正下方走GND，由于GND层产生的涡电流，可能会有消除磁力线的效果而导致电感值降低或损耗增加（Q 值降低）。非GND的信号线也存在因涡电流而把开关噪声传递给信号的风险，因此应避免在电感正下方布线。不得不布信号线时，请使用漏磁较少的闭磁路电感，并实际测试后确认是否有问题。另外，布线时还需要注意电感引脚之间的距离。

图24-4：电感正下方不好的布线

如图24-5所示，当布线导致引脚间的距离过近时，开关节点的高频信号会通过杂散电容传至输出。

图24-5：电感正下方不好的布线

输出电容靠近电感放置

降压转换器的电路中，是通过在输出端并联输出电容的方式使输出电流变得平滑。虽然输出电容的重要程度不如输入电容，但是也要尽量靠近电感放置。

由于输入的地上存在着数百MHz的高频信号，所以建议Cout的地线和CIN的地线要相隔1cm～2cm。如果两者过近，那么输入的高频噪声可能会经由Cin传至输出端。

反馈线路的布线

反馈信号的布线在信号布线中也需要特别注意，如果有噪声被传入误差放大器，可能会使输出电压产生误差，在某些条件下还可能会产生振荡、环路不稳定等现象。（传送门：DC-DC-17：DC-DC的分压电阻为什么不能随便取值）

反馈路径布线的注意事项如图24-6所示。

1. 输入反馈信号的IC的FB引脚通常采用高阻设计，因此这个引脚和电阻分压电路的分压节点要通过短线连接。
2. 检测输出电压的采样点要连接在输出电容的两端或者输出电容之后。
3. 电阻分压电路的走线平行且接近输出电源布线的话，噪声耐受性会大大提高。
4. 布线要远离电感和续流二极管的开关节点，注意不要在电感或续流二极管的正下方或平行方向布线，在多层板中也同样要注意。

图24-6：反馈路径布线的注意事项

图24-7：其他反馈路径的布线

图24-7所示的布线中，地线的寄生电阻会导致电压下降，会影响负载调整特性，如果电压波动满足设计指标，也可以采用这种布线方式；图24-8是反馈路径的走线经由过孔转移到底层，远离开关节点的布局示例：

图24-8：反馈路径的布局示例经由底层走线

图24-9中，反馈路径在电感旁边和电感平行走线，电感周边产生的磁场会在反馈路径上引入噪声。

图24-9：错误的反馈路径布局在电感旁走线

接地

如图29-10所示，模拟小信号地和功率地必须分开，原则上PGND和AGND在顶层挨在一起放置：

图29-10：PGND和AGND推荐布置

如果如图24-11所示，分割PGND通过过孔在背面或内层连接的话，受过孔的寄生电阻和寄生电感的影响，可能会出现损耗增加和噪声恶化的问题。在背面和内层设置接地层的根本目的是旨在减少DC损耗、屏蔽及散热，而作为GND路径只是辅助作用。

在多层电路板的内层或底层设置接地层时，需要注意与高频开关噪声较多的输入端功率地以及和续流二极管地的连接。

图24-11：功率地的布局

对于多层线路板的GND处理，如图24-12所示，在第2层布了用来减少DC损耗的PGND层时，为了减少PGND上的寄生电感，要使用较多的过孔连接顶层的PGND和第2层的PGND。此外，在第3层有公共地、第4层有SGND的情况下，PGND和第3、4层地的连接可以放在高频开关噪声较少的输出电容附近，一定要避免连接有噪声较多的输入端和续流二极管附近的PGND。

图24-12：多层线路板的功率地连接方式

总结

1. 输入电容CIN和CBYPASS要和二极管D1和DC-DC在同一表面，输入电容尽量靠近DC-DC放置;
2. 电感尽可能靠近IC引脚放置，在载流满足输出电流的要求下，不要加粗电感出线（与pin保持一样粗细即可）；
3. 输出电容靠近电感放置；
4. 反馈网络取电压时，从输出电容后侧取电压，且走线远离电感和二极管。