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EDA,IC设计相关技术文章PCB布局设计需要遵循哪些规则

目前的交换式稳压器和电源设计更精巧、性能也更强大,但其面临的挑战之一,在于不断加速的开关频率使得设计更加困难。布局正成为区分一个开关电源设计好坏的分水岭。本文将就如何在第一次就实现良好布局提出建议。

以一个将24V降为3.3V的3A交换式稳压器为例。乍看之下,一个10W稳压器不会太困难,所以设计师通常会忍不住直接进入建构阶段。

不过,在采用像美国国家半导体的Webench等设计软件后,我们可观察该构想实际上会遭遇哪些问题。输入上述要求后,Webench会选出该公司‘SimplerSwitcher’系列的LM25576(一款包括3AFET的42V输入组件)。它采用的是带散热垫的TSSOP-20封装。

Webench选项包括对体积或效率的设计最佳化,这些均为单一选项。即高效率要求低开关频率(降低FET内的开关损耗)。因此需要大容量的电感和电容,因而需更大PCB空间。

注意:最高效率是84%,且此最高效率是当输入-输出间的压差很低时实现的。此例中,输入/输出比率大于7。一般情况,用两个级降低级-级比率,但透过两个稳压器得到的效率不会更好。

接着,我们选择最小PCB面积的最高开关频率。高开关频率最可能在布局方面产生问题。随后Webench产生包含所有主动和被动组件的电路图

电路设计

参考图1的电流通路:把FET在导通状态下流经的通路标记为红色;把FET在关断状态下的回路标记为绿色。我们观察到两种不同情况:两种颜色区域和仅一种颜色的区域。我们必须特别关注后一种情况,因为此时电流在零以及满量程电压间交替变化。这些均为高di/dt区域。

PCB布局设计需要遵循哪些规则

图1

高di/dt的交流电在PCB导线周围产生大量磁场,该磁场是该电路内其它组件甚至同一或邻近PCB上其它电路的主要干扰源。由于假设公共电流路径不是交流电,因此它不是关键路径,di/dt的影响也小得多。另一方面,随着时间变化,这些区域的负载更大。本例中,从二极管阴极到输出以及从输出地到二极管阳极是公共通路。当输出电容充放电时,该电容具有极高的di/dt。连接输出电容的所有线路必须满足两个条件:由于电流大,它们要宽;为最小化di/dt影响,它们必须尽量短。