概述前两天问题复盘记录了硬件调试与参数计算这篇文章讲解基于ISL81601的升降压电路在PCB绘制过程中遇到的难点包括接地与回流、功率回路、电流采样、栅极驱动、布局隔离与工艺等以及下一版改进方案。在讲解中所用的PCB图例都使用改版后的新版进行说明以便防止混淆。由于本人仍然处于初学阶段因为知识、经验和水平所限文章中一定存在不少疏漏和不足的地方有些改进观点也值得商榷希望读到此文的君子能提出宝贵的批评和意见。PCB示意图图1 新版PCB顶层图2 新版PCB底层图3 新版PCB 2D视图图4 新版PCB 3D视图接地与回流单点接地信号地和功率地应该在芯片底部焊盘通过过控单点连接其他地方不能重复连接。但是由于qfn封装芯片底部焊盘在手动焊接的时候连接性总是难以保证。所以为了调试也可以在功率地和信号地靠近的地方使用0Ω电阻进行连接。图5 使用0Ω电阻R31连接PGND和SGNDEPAD处理在绘制电路板的时候发现如果EPAD焊盘设为SGND网络那么在使用过孔进行单点接地的时候会发现SGND是不能直接与PGND进行连接的这违反设计规则。对于这一个问题可以选择在原理图里把它们两个网络接在一起或者干脆设置EPAD焊盘同样为PGND网络从而能在PCB里将它们连接。注意EPAD焊盘正下方的过孔需要在打板工艺中选择过孔开窗如果选择过孔盖油可能导致芯片散热不良导致芯片误保护。SGND处理功率地和信号地是两个独立的铜皮。功率地负责主回路而信号地负责芯片以及芯片外围元器件的地平面。它们彼此独立存在不存在先有谁后有谁的关系。为什么功率地和信号地通过单点接地连接它们就能运行了呢为什么功率地中的大电流不会通过单点连接的地方涌入信号地从而导致信号地失灵因为单点接地处相比其他地铜皮它的阻抗是更大的电流天然不会从这里经过同时芯片内部也有处理过这个问题的设计所以在绘制PCB的时候只需要注意的就是把它们进行良好的单点接地。PGND处理对于双层板没有专门的功率平面层和地平面层那么对于功率地和信号地应该绘制在顶层还是底层只在顶层绘制或者只在底层绘制都可能导致地的回流过长或者地平面不完整所以最好的是顶层和地层同时铺地然后上下两层通过过孔连接。在画功率地的时候要注意避免出现死铜和细长的一条铜皮防止出现天线效应。同时功率地的回流面积要尽量的小输入输出GND之间距离尽量靠短这样可以减少高频回路的面积有助于降低EMI 。功率回路功率回路最小化在绘制功率回路的时候要尽量缩短回路的长度和面积。防止因为寄生电感的增加导致更大的开关振铃。图6 功率回路示意图PHASE节点和走线每个桥壁上下两个开关管连接的地方就是PHASE节点对于它的走线既要保证足够的粗细从而容纳大电流也要控制面积防止因为铜皮过大导致寄生电容增加产生电磁干扰。而且走线不能跨越。采样信号线否则会对采样信号造成严重的干扰。同时PHASE走线和功率地平面之间要保持至少0.5mm以上的间距通常设计规则中这里只保持0.2mm以上的间距这在大电流情况下是不够的会导致噪声耦合到功率地平面。图7 设置禁止区域电感底部净空电感本体正下方投影面积包括顶层的底层都应该挖空功率地的铜皮。这样可以减少涡流损耗增加效率防止寄生电容耦合到地平面。图8 电感底部净空电流采样开尔文连接采样线路从减流电阻焊盘根部引出两条差分线不能从同网络的但是是采样电阻前端或后端的点引出。这样做的话电压信号可能会包含后续和前端电流走线上的压降让电流检测失真。差分走线与走线长度采样线路应该采用差分对走线。保持等长并行同时两条线距离紧密。同时走线长度要尽量短。图9 开尔文连接与差分对走线走线与屏蔽层如果开关管以及主回路的走线在顶层对于双层板采样电路最好走底层。同时用信号地在两端进行包地处理。绝对不能用功率地包地那样会产生大量的干扰适得其反。如果信号地距离较远没有办法用信号地进行包地处理那么宁愿在走线两端设置禁止区域也不能让功率地对信号走线进行包围。RC滤波RC滤波器必须紧贴芯片引脚放置距离小于3mm滤波器不能在采样电阻端放置那样滤波器会失效。图10 RC滤波靠近芯片放置采样电阻与PHASE和PGND采样电阻要远离PHASE节点否则会耦合PHASE节点的大量噪声导致采样失效。同时采样电阻的封装通常较大焊盘下边有可能会在自动铺铜的时候铺上功率地这部分功率地的铺铜也会影响采样的精度也是需要删除的。图11 PHASE节点间距和PGND净空栅极驱动栅极串联电阻在四路驱动输出需要串联10Ω到22Ω的电阻同时电阻要紧贴开关管的栅极放置这样可以通过微调串联电阻的阻值缓解驱动的振铃从而缓解芯片内的LDO的压力。减轻电路对开关管Qg大小的依赖。图12 栅极串联电阻自举电路位置自举二极管自举电阻自举电容需要紧贴芯片引脚放置如果没有紧贴芯片引脚可能会造成路径过长电感增大导致开关管驱动不足。图13 自举电路靠近芯片驱动线宽走线宽度至少为20mil同时打过孔的时最好使用两个过孔。布局隔离与工艺陶瓷电容焊盘间禁止铺铜高频去耦MLCC电容两个焊盘之间需要添加禁止区域防止在自动铺铜时铜皮填充在这里这会引入额外的寄生电容破坏电容的高频特性。图14 陶瓷电容下不铺铜大焊盘与铜皮的连接铝电解电容或其他焊盘较大的元器件与铜皮连接的时候需要采用十字花焊盘否则当使用全连接的时候可能导致焊接时散热过快容易造成冷焊和虚焊。过孔工艺散热过孔和关键的信号过孔需要设置成过孔开窗不能默认过孔盖油。过孔盖油有可能影响散热效率。禁用塑料座子开关管以及其他需要插拔的元器件应该直接焊连在PCB上不要使用塑料座子连接塑料座子高温下容易融化可能会导致许多调试时稀奇古怪的错误。散热片间距在布置开关管的时候要注意预留散热片之间的间距不仅要注意横向距离竖向的距离也需要注意。总结到这里三篇关于ISL81601的升降压电路复盘已经结束 。从参数计算到PCB绘制再到硬件调试。尽量复盘了整个项目从零开始的全过程。第一版PCB没有跑出满载但这是一次深刻的学习过程。让我对硬件设计的理解从画原理图拓展到了理解物理布局寄生参数和芯片内部逻辑的层面它让我意识到了电路设计远不止于数学计算。如果你读到了这里感谢你的耐心与阅读文中的浅薄之处请多包涵如果你和我一样正在学习希望这些记录能为你提供一点参考。如果你也遇到了难以解决的问题希望这些文章能帮助到你。