在电子电路设计中,噪声问题一直是影响系统性能和稳定性的重要因素。而印刷电路板(PCB)的布局布线对噪声的产生和抑制有着至关重要的影响。本文将详细提供有关 PCB 布局布线的指南,帮助设计师有效避免噪声问题。
在开关转换器设计中,高电流路径和低电流路径彼此靠得很近。交流(AC)路径携带有尖峰和噪声,高直流(DC)路径会产生相当大的压降,而低电流路径往往对噪声十分敏感。适当的 PCB 布局布线的关键在于确定关键路径,然后合理安排器件,并提供足够的铜面积,以免高电流对低电流造成破坏。若布局布线不合理,可能会出现接地反弹和噪声注入 IC 及系统其余部分等性能不佳的表现。
例如,图 1 所示为一个同步降压调节器设计,它包含一个开关控制器以及以下外部电源器件:高端开关、低端开关、电感、输入电容、输出电容和旁路电容。图中的箭头表示高开关电流流向。必须谨慎放置这些电源器件,避免产生不良的寄生电容和电感,因为它们可能导致过大噪声、过冲、响铃振荡和接地反弹等问题。

诸如 DH、DL、BST 和 SW 之类的开关电流路径离开控制器后,需要进行妥善安排,以避免产生过大的寄生电感。这些线路承载的高 δI/δt 交流开关脉冲电流可能达到 3 A 以上并持续数纳秒。高电流环路必须设计得尽可能小,这样可以尽可能降低输出响铃振荡,并且避免拾取额外的噪声。
低值、低幅度信号路径,如补偿和反馈器件等,对噪声非常敏感。应让这些路径远离开关节点和电源器件,以免注入干扰噪声。这是因为这些信号路径承载的信号较弱,容易受到外界噪声的干扰,一旦受到干扰,可能会导致系统的性能下降,甚至出现错误的输出。
在 PCB 布局布线时,除了上述提到的电流路径和信号路径的处理外,还需要考虑其他一些因素。例如,不同功能模块之间的隔离,避免相互干扰;合理选择布线的宽度和间距,以满足电流承载能力和抗干扰要求;优化接地设计,减少接地阻抗,降低接地噪声等。