在电子设计领域，PCB（印刷电路板）的噪声问题一直是工程师们关注的重点。上一期我们探讨了 PCB 布局布线指南中解决噪声问题的三个步骤，今天将着重分享其中的 “五法”，为大家提供五大硬核建议，帮助有效消减 PCB 噪声。
散热考虑和接地层
在重载条件下，功率 MOSFET、电感和大电容的等效串联电阻（ESR）会产生大量的热。为了实现有效散热，如图 2 的示例所示，可在这些电源器件下面放置大面积的铜。多层 PCB 的散热效果明显优于 2 层 PCB。为了进一步提高散热和导电性能，可在标准 1 盎司铜层上使用 2 盎司厚度的铜。此外，将多个 PGND 层通过过孔连接在一起也会有很大帮助。图 3 展示了一个 4 层 PCB 设计，其顶层、第三层和第四层上均分布有 PGND 层。
图 3：截面图：连接 PGND 层以改善散热
这种多接地层方法不仅能够改善散热，还能隔离对噪声敏感的信号。如图 2 所示，补偿器件、软启动电容、偏置输入旁路电容和输出反馈分压器电阻的负端全都连接到 AGND 层。需要注意的是，请勿直接将任何高电流或高 δI/δt 路径连接到隔离 AGND 层，因为 AGND 是一个安静的接地层，其中没有大电流流过。所有电源器件（如低端
开关、旁路电容、输入和输出电容等）的负端连接到 PGND 层，该层承载高电流。由于 GND 层内的压降可能相当大，以至于影响输出精度，因此通过一条宽走线将 AGND 层连接到输出电容的负端（参见图 4），可以显著改善输出精度和负载调节。
图 4：AGND 层到 PGND 层的连接
AGND 层一路扩展到输出电容，AGND 层和 PGND 层在输出电容的负端连接到过孔。图 2 还展示了另一种连接 AGND 和 PGND 层的技术，即 AGND 层通过输出大电容负端附近的过孔连接到 PGND 层。图 3 则显示了 PCB 上某个位置的截面，AGND 层和 PGND 层通过输出大电容负端附近的过孔相连。
电流检测路径
为了避免干扰噪声引起精度下降，电流模式开关调节器的电流检测路径布局必须妥当。对于双通道应用，更要格外重视，消除任何通道间串扰。以双通道降压控制器 ADP1850 为例，它将低端 MOSFET 的导通电阻 RDS (ON) 用作控制环路架构的一部分，此架构在 SWx 与 PGNDx 引脚之间检测流经低端 MOSFET 的电流。由于一个通道中的地电流噪声可能会耦合到相邻通道中，因此务必使 SWx 和 PGNDx 走线尽可能短，并将其放在靠近 MOSFET 的地方，以便检测电流。到 SWx 和 PGNDx 节点的连接务必采用开尔文检测技术，如图 2 和图 5 所示。需要注意的是，相应的 PGNDx 走线连接到低端 MOSFET 的源，不要随意将 PGND 层连接到 PGNDx 引脚。
图 5：两个通道的接地技术
相比之下，对于 ADP1829 等双通道电压模式控制器，PGND1 和 PGND2 引脚则是直接通过过孔连接到 PGND 层。
反馈和限流检测路径
反馈（FB）和限流（ILIM）引脚是低信号电平输入，它们对容性和感性噪声干扰十分敏感。因此，FB 和 ILIM 走线应避免靠近高 δI/δt 走线，同时要注意不要让走线形成环路，以免导致不良电感增加。在 ILIM 和 PGND 引脚之间增加一个小 MLCC 去耦电容（如 22 pF），有助于对噪声进行进一步滤波。
开关节点
在开关调节器电路中，开关（SW）节点是噪声的地方，因为它承载着很大的交流和直流电压 / 电流。此 SW 节点需要较大面积的铜来尽可能降低阻性压降。将 MOSFET 和电感彼此靠近放在铜层上，可以使串联电阻和电感。对于对电磁干扰、开关节点噪声和响铃振荡更敏感的应用，可以使用一个小缓冲器。缓冲器由电阻和电容串联而成（参见图 6 中的 RSNUB 和 CSNUB），放在 SW 节点与 PGND 层之间，可以降低 SW 节点上的响铃振荡和电磁干扰。不过需要注意的是，增加缓冲器可能会使整体效率略微下降 0.2% 到 0.4%。
图 6：缓冲器和栅极电阻电阻
栅极
驱动器路径
栅极驱动走线（DH 和 DL）也要处理高 δI/δt，往往会产生响铃振荡和过冲。这些走线应尽可能短，直接布线，避免使用馈通过孔。如果必须使用过孔，则每条走线应使用两个过孔，以降低峰值电流密度和寄生电感。在 DH 或 DL 引脚上串联一个小电阻（约 2 Ω 至 4 Ω）可以减慢栅极驱动，从而也能降低栅极噪声和过冲。另外，BST 与 SW 引脚之间也可以连接一个电阻（参见图 6）。在布局期间用 0 Ω 栅极电阻保留空间，可以提高日后进行评估的灵活性。不过要注意，增加的栅极电阻会延长栅极电荷上升和下降时间，导致 MOSFET 的开关功率损耗提高。
总结
了解电流路径、其敏感性以及适当的器件放置，是消除 PCB 布局设计噪声问题的关键。ADI 公司的所有电源器件评估板都采用上述布局布线指导原则来实现性能。评估板文件 UG - 204 和 UG - 205 详细说明了 ADP1850 相关的布局布线情况。需要注意的是，所有
开关电源都具有相同的元件和相似的电流路径敏感性。因此，以针对电流模式降压调节器的 ADP1850 为例说明的指导原则同样适用于电压模式和 / 或升压开关调节器的布局布线。
