PCB布局

本文罗列了设计时可能会忽视的问题，探讨了每种失误导致电路故障的原因，并给出了如何避免这些设计缺陷的建议。本文以FR-4电介质、厚度0.0625in的双层PCB为例，电路板底层接地。工作频率介于315MHz到915MHz之间的不同频段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之间。

电感方向

当两个电感（甚至是两条PCB走线）彼此靠近时，将会产生互感。第一个电路中的电流所产生的磁场会对第二个电路中的电流产生激励（图1）。这一过程与变压器初级、次级线圈之间的相互影响类似。当两个电流通过磁场相互作用时，所产生的电压由互感LM决定：

分析好整个电路原理以后，就可以开始对整个电路进行布局布线，这一期，给大家介绍一下布局的思路和原则。

1、首先，我们会对结构有要求的器件进行摆放。摆放的时候根据导入的结构，连接器得注意1脚的摆放位置。

2、布局时要注意结构中的限高要求。

在上一篇文章<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100044655.html">PCB布局设计需要检查哪些要素？（一）</a>中，我们讲解了布局的DFM要求、热设计要求和信号完整性要求。本文中，我们将讲解层设置与电源地分割要求、电源模块要求和其他方面要求的内容。

EMC要求

布局的DFM要求

1、已确定优选工艺路线，所有器件已放置到板面。

2、坐标原点为板框左、下延伸线交点或者左下边插座的左下焊盘。

3、PCB实际尺寸、定位器件位置等与工艺结构要素图吻合，在器件高度限制要求区域的布局要满足结构要素图指引。

4、拨码开关、复位器件、指示灯等位置合适，拉手条与其周围器件不产生位置干涉。

5、板外框平滑弧度197mil，或者按结构尺寸图设计。

6、普通板有200mil工艺边；背板左右两边留有工艺边大于400mil，上下两边留有工艺边大于680mil。器件摆放与开窗位置不冲突。

7、各种需要加上的附加孔（ICT定位孔125mil、拉手条孔、椭圆孔及光纤支架孔）无遗漏，且设置正确。

8、过波峰焊加工的器件pin间距、器件方向、器件间距、器件库等考虑到波峰焊加工的要求。

9、器件布局间距符合装配要求：表面贴装器件需大于20mil、IC大于80mil、BGA则大于200mil。

10、压接件在元件面与高于它的器件之间间距大于120mil，焊接面压接件贯通区域无任何器件。

iCoupler®数字隔离器集成了隔离功率器件，它采用隔离式DC-DC转换器，能够在125 MHz至200MHz的频率范围内切换大的电流。在这些高频率下工作可能会增加对电磁辐射和传导噪声的担心。ADI公司的AN-0971应用笔记为isoPower器件辐射控制提供了电路辐射降低和布局指南。实践证明，通过电路优化（降低负载电流和电源电压）和使用跨隔离栅拼接电容（通过PCB内层电容实现），可把峰值辐射降低25dB以上。

倘若设计中具有多个isoPower器件并且布局非常密集，情况又将如何？是否仍然能够明显降低辐射？本笔记将针对此类情况提供一些一般指导原则。

由于内层拼接电容能够构建低电感结构，因此最具优势。在整体PCB区域受限的情况下，采用多层PCB就是很好的方式。采用尽可能多的层数切实可行，同时尽可能多的交叠电源层和接地层（参考层）。图1为一个堆叠示例。

作者：Aaron Heredia

简介

在系统中添加电能计量功能通常会涉及大量的校准流程。ADE9153A是一款具有mSure®自动校准功能的电能计量
IC，可以简化电能计量系统的校准流程。ADE9153A可以集成到各种系统应用中，例如街道照明、数据中心电能效
率测量、智能配电、智能插头和设备健康。

图1显示ADE9153A与单相计量系统的基本连接，其中采用锰铜来检测电流，采用分压器来检测电压。隔离栅将控制
器与ADE9153A隔离，由于ADE9153A的接地电压较高，存在危险，因此许多应用都有隔离要求。

本应用笔记描述在现有系统中添加ADE9153A能量监控电路时的PCB布局考量。

作者：德州仪器Gavin Wang

电源设计工程师通常在汽车系统中使用一些DC/DC降压变换器来为多个电源轨提供支持。然而，在选择这些类型的降压转换器时需要考虑几个因素。例如，一方面需要为汽车信息娱乐系统/主机单元选择高开关频率DC/DC变换器（工作频率高于2 MHz），以避免干扰无线电AM频段；另一方面，还需要通过选择相对较小的电感器来减小解决方案尺寸。此外，高开关频率DC/DC降压变换器还可以帮助减少输入电流纹波，从而优化输入电磁干扰(EMI)滤波器的尺寸。

然而，对于正在尝试创建最新汽车系统的大型汽车原始设计制造商（ODM）来说，符合所要求的EMI标准至关重要。这些要求非常严格，制造商必须遵守诸多标准，如国际无线电干扰特别委员会(CISPR) 25标准。在很多情况下，如果制造商不符合标准，汽车制造商就无法接受相应的设计。

因此，对于DC/DC降压转换器的EMI性能提升，PCB布局至关重要。而要获得良好的EMI性能，优化大电流功率回路，减小寄生参数对于环路的影响是关键。

一个良好的布局设计可优化效率，减缓热应力，并尽量减小走线与元件之间的噪声与作用。这一切都源于设计人员对电源中电流传导路径以及信号流的理解。

当一块原型电源板首次加电时，最好的情况是它不仅能工作，而且还安静、发热低。然而，这种情况并不多见。

开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有些时候，波形抖动处于声波段，磁性元件会产生出音频噪声。如果问题出在印刷电路板的布局上，要找出原因可能会很困难。因此，开关电源设计初期的正确PCB布局就非常关键。

电源设计者要很好地理解技术细节，以及最终产品的功能需求。因此，从电路板设计项目一开始，电源设计者应就关键性电源布局，与PCB布局设计人员展开密切合作。

一个好的布局设计可优化电源效率，减缓热应力；更重要的是，它最大限度地减小了噪声，以及走线与元件之间的相互作用。为实现这些目标，设计者必须了解开关电源内部的电流传导路径以及信号流。要实现非隔离开关电源的正确布局设计，务必牢记以下这些设计要素。

布局规划

规则一：AGND和DGND接地层应当分离吗？

简单回答是：视情况而定。

详细回答则是：通常不分离。因为在大多数情况下，分离接地层只会增加返回电流的电感，它所带来的坏处大于好处。从公式V = L(di/dt)可以看出，随着电感增加，电压噪声会提高。而随着开关电流增大（因为转换器采样速率提高），电压噪声同样会提高。因此，接地层应当连在一起。

一个例子是，在一些应用中，为了符合传统设计要求，必须将脏乱的总线电源或数字电路放在某些区域，同时还受尺寸限制的影响，使得电路板无法实现良好的布局分割，在这种情况下，分离接地层是实现良好性能的关键。然而，为使整体设计有效，必须在电路板的某个地方通过一个电桥或连接点将这些接地层连在一起。因此，应将连接点均匀地分布在分离的接地层上。最终，PCB上往往会有一个连接点成为返回电流通过而不会导致性能降低的最佳位置。此连接点通常位于转换器附近或下方。