高(gāo)速轉換器(qì)PCB設計(jì)考慮

    使用高(gāo)速轉換器(qì)時(shí)，為(wèi)了确保設計(jì)性能達到數(shù)據手冊的技(jì)術(shù)規格，必須遵守一些(xiē)指導原則。首先，有(yǒu)一個(gè)常見的問題：“AGND和(hé)DGND接地層應當分離嗎？”

    簡單回答(dá)是：視(shì)情況而定。詳細回答(dá)則是：通(tōng)常不分離。因為(wèi)在大(dà)多(duō)數(shù)情況下，分離接地層隻會(huì)增加返回電(diàn)流的電(diàn)感，它所帶來(lái)的壞處大(dà)于好處。從公式V = L（di/dt）可(kě)以看出，随着電(diàn)感增加，電(diàn)壓噪聲會(huì)提高(gāo)。而随着開(kāi)關電(diàn)流增大(dà)（因為(wèi)轉換器(qì)采樣速率提高(gāo)），電(diàn)壓噪聲同樣會(huì)提高(gāo)。因此，接地層應當連在一起。 

    在一些(xiē)應用中，為(wèi)了符合傳統設計(jì)要求，必須将髒亂的總線電(diàn)源或數(shù)字電(diàn)路放在某些(xiē)區(qū)域，同時(shí)還(hái)受尺寸限制(zhì)的影(yǐng)響，使得(de)電(diàn)路闆無法實現良好的布局分割，在這種情況下，分離接地層是實現良好性能的關鍵。然而，為(wèi)使整體(tǐ)設計(jì)有(yǒu)效，必須在電(diàn)路闆的某個(gè)地方通(tōng)過一個(gè)電(diàn)橋或連接點将這些(xiē)接地層連在一起。因此，應将連接點均勻地分布在分離的接地層上(shàng)。最終，PCB上(shàng)往往會(huì)有(yǒu)一個(gè)連接點成為(wèi)返回電(diàn)流通(tōng)過而不會(huì)導緻性能降低(dī)的最佳位置。此連接點通(tōng)常位于轉換器(qì)附近或下方。 

　　設計(jì)電(diàn)源層時(shí)，應使用這些(xiē)層可(kě)以使用的所有(yǒu)銅線。如果可(kě)能，請(qǐng)勿讓這些(xiē)層共用走線，因為(wèi)額外的走線和(hé)過孔會(huì)将電(diàn)源層分割成較小(xiǎo)的碎塊，從而迅速損害電(diàn)源層。由此産生(shēng)的稀疏電(diàn)源層可(kě)以将電(diàn)流路徑擠壓到最需要這些(xiē)路徑的地方，即轉換器(qì)的電(diàn)源引腳。擠壓過孔與走線之間(jiān)的電(diàn)流會(huì)提高(gāo)電(diàn)阻，導緻轉換器(qì)的電(diàn)源引腳發生(shēng)輕微的壓降。 

　　最後，電(diàn)源層的放置至關重要，切勿将高(gāo)噪聲的數(shù)字電(diàn)源層疊放在模拟電(diàn)源層上(shàng)，否則二者雖然位于不同的層，但(dàn)仍有(yǒu)可(kě)能耦合。為(wèi)将系統性能下降的風險降至最低(dī)，設計(jì)中應盡可(kě)能将這些(xiē)類型的層隔開(kāi)而不是疊加在一起。  

    在上(shàng)面我們討(tǎo)論了為(wèi)什麽AGND和(hé)DGND接地層未必一定分離，除非設計(jì)的具體(tǐ)情況要求您必須這麽做(zuò)。現在討(tǎo)論印刷電(diàn)路闆（PCB）的輸電(diàn)系統（PDS）設計(jì)，這一任務常被忽視(shì)，但(dàn)對于系統級模拟和(hé)數(shù)字設計(jì)人(rén)員卻至關重要。 

    PDS的設計(jì)目标是将響應電(diàn)源電(diàn)流需求而産生(shēng)的電(diàn)壓紋波降至最低(dī)。所有(yǒu)電(diàn)路都需要電(diàn)流，有(yǒu)些(xiē)電(diàn)路需求量較大(dà)，有(yǒu)些(xiē)電(diàn)路則需要以較快的速率提供電(diàn)流。采用充分去耦的低(dī)阻抗電(diàn)源層或接地層以及良好的PCB層疊，可(kě)以将因電(diàn)路的電(diàn)流需求而産生(shēng)的電(diàn)壓紋波降至最低(dī)。例如，如果設計(jì)的開(kāi)關電(diàn)流為(wèi)1A，PDS的阻抗為(wèi)10mΩ，則最大(dà)電(diàn)壓紋波為(wèi)10mV。 

　　首先，應當設計(jì)一個(gè)支持較大(dà)層電(diàn)容的PCB層疊結構。例如，六層堆疊可(kě)能包含頂部信号層、第一接地層、第一電(diàn)源層、第二電(diàn)源層、第二接地層和(hé)底部信号層。規定第一接地層和(hé)第一電(diàn)源層在層疊結構中彼此靠近，這兩層間(jiān)距為(wèi)2到3密爾，形成一個(gè)固有(yǒu)層電(diàn)容。此電(diàn)容的最大(dà)優點是它是免費的，隻需在PCB制(zhì)造筆記中注明(míng)。如果必須分割電(diàn)源層，同一層上(shàng)有(yǒu)多(duō)個(gè)VDD電(diàn)源軌，則應使用盡可(kě)能大(dà)的電(diàn)源層。不要留下空(kōng)洞，同時(shí)也應注意敏感電(diàn)路。這将使該VDD層的電(diàn)容最大(dà)。如果設計(jì)允許存在額外的層（本例中是從六層變為(wèi)八層），則應将兩個(gè)額外的接地層放在第一和(hé)第二電(diàn)源層之間(jiān)。在核心間(jiān)距同樣為(wèi)2到3密爾的情況下，此時(shí)層疊結構的固有(yǒu)電(diàn)容将加倍。 

　　對于理(lǐ)想的PCB層疊，電(diàn)源層起始入口點和(hé)DUT周圍均應使用去耦電(diàn)容，這将确保PDS阻抗在整個(gè)頻率範圍內(nèi)均較低(dī)。使用若幹0.001μF至100μF的電(diàn)容有(yǒu)助于覆蓋該範圍。沒有(yǒu)必要各處都配置電(diàn)容；電(diàn)容正對着DUT對接會(huì)破壞所有(yǒu)的制(zhì)造規則。如果需要這種嚴厲的措施，則說明(míng)電(diàn)路存在其它問題。 

   以及裸露焊盤（E-Pad），這是一個(gè)容易忽視(shì)的方面，但(dàn)它對于實現PCB設計(jì)的最佳性能和(hé)散熱至關重要。

    裸露焊盤（引腳0）指的是大(dà)多(duō)數(shù)現代高(gāo)速IC下方的一個(gè)焊盤，它是一個(gè)重要的連接，芯片的所有(yǒu)內(nèi)部接地都是通(tōng)過它連接到器(qì)件下方的中心點。裸露焊盤的存在使許多(duō)轉換器(qì)和(hé)放大(dà)器(qì)可(kě)以省去接地引腳。關鍵是将該焊盤焊接到PCB時(shí)，要形成穩定可(kě)靠的電(diàn)氣連接和(hé)散熱連接，否則系統可(kě)能會(huì)遭到嚴重破壞。 

　　通(tōng)過以下三個(gè)步驟，可(kě)以實現裸露焊盤的最佳電(diàn)氣和(hé)散熱連接。首先，在可(kě)能的情況下，應在各PCB層上(shàng)複制(zhì)裸露焊盤，這将為(wèi)所有(yǒu)接地提供較厚的散熱連接，從而快速散熱，對于高(gāo)功耗器(qì)件尤其重要。在電(diàn)氣方面，這将為(wèi)所有(yǒu)接地層提供良好的等電(diàn)位連接。在底層上(shàng)複制(zhì)裸露焊盤時(shí)，它可(kě)以用作(zuò)去耦接地點和(hé)安裝散熱器(qì)的地方。 

　　其次，将裸露焊盤分割成多(duō)個(gè)相同的部分。以棋盤狀最佳，可(kě)以通(tōng)過絲網交叉格栅或焊罩來(lái)實現。在回流焊組裝過程中，無法決定焊膏如何流動以建立器(qì)件與PCB的連接，因此連接可(kě)能存在，但(dàn)分布不均，更糟糕的情況是連接很(hěn)小(xiǎo)并且位于拐角處。将裸露焊盤分割為(wèi)若幹較小(xiǎo)的部分可(kě)以使各個(gè)區(qū)域都有(yǒu)一個(gè)連接點，從而确保器(qì)件與PCB之間(jiān)形成可(kě)靠、均勻的連接。