文章目录PCB绘制流程1. 快速模块化2. 电路分区模拟地归类方法数字地归类方法电源地归类方法功放地归类方法3. 电源树规划PCB设计原则DC-DC与LDO的区别使用场景PCB绘制流程1. 快速模块化将元件所属模块划分好将芯片晶振、功放模块、HDMI、AV、左右声道、电源各个模块大致划分一下。通常情况可以将插口在长边摆成一排电源模块单独放在一侧芯片晶振放在中间2. 电路分区划分出不同类型的GND分区把模块根据不同性质分类摆放然后划分好不同的GND区域这样后面走线就一目了然了下面是不同地块划分的具体方法和要求模拟地归类方法将插口摆在长边排成一排视频HDMI、视频AV、音频左右声道插口归类到模拟地其实插口应该是外壳地但是为了节约成本所以归类到模拟地中音频信号左右声道、麦克风、耳机输出是模拟信号从插口到芯片之间的线必须走模拟地模拟视频信号AV (CVBS)、VGA、分量视频 (YPbPr)传感器信号温度、压力、光敏等微弱电压/电流输出射频/无线信号天线输入、射频前端 (RF) 电路高精度参考源ADC/DAC 的基准电压 (VREF)数字地归类方法HDMI插口到芯片之间的线必须走数字地高速通信接口USB 2.0/3.0、千兆/万兆以太网 (RJ45)、PCIe高速串行总线SATA、MIPI (手机/平板摄像头与屏幕)高速并行总线NAND Flash、SRAM 数据线板级关键信号系统主时钟、复位信号电源地归类方法电源插口归类到电源地单独放一侧不要放正中间电源区只包含电源转换器件DC-DC、LDO、电感、输入输出滤波电容电源线从电源区出来后可以跨区走到任何模块但需要注意以下几点严禁跨越地平面分割缝电源线可以跨区但绝对不能从模拟地和数字地之间的分割缝隙上方穿过否则会形成巨大的回流环路引发严重的EMI干扰。就近去耦电源线到达目标芯片时去耦电容必须紧贴引脚放置并通过过孔直接打到完整的地平面上。功放地归类方法功放区属于大电流、高噪声源独立出来能避免污染其他区域功放区只包含功放芯片、输出级功率管、反馈网络等核心器件。连到前级芯片的信号线和供电电源线都可以跨区走线但需要注意以下几点信号线跨区功放区的信号线如音频输入如果连到前级模拟区必须全程走在模拟地AGND上方严禁跨越数字地分割缝。电源线跨区给功放供电的电源线从电源区拉过来时同样不能从地平面分割缝上方穿过避免形成巨大的回流环路引发EMI干扰。3. 电源树规划根据电源部分的原理图划分多个供电节点上图这个节点可简单描述为 5V → U5 → P_3V3还有很多其他节点最终会组成一个电源树如下所示最终根据这个电源树将每个电源节点安置在电源分区上比如J3供电插口连接U2则U2排在离J3最近的位置Q3上游接U1下游接U3、U4、U5则Q3排在他们中间如下图所示安置即可PCB设计原则第一时间下载芯片手册datasheet按照推荐的布局和布线进行设计如果没有推荐布局就按常规布局安排明确电流输入输出回路电源输入 → 大电容 → 小电容 → 芯片 → 电感 → 小电容 → 大电容 → 负载有时也有 电感 → 大电容 → 小电容 → 负载 这种摆放方式这种考虑更多的是环路稳定性、低频储能不过还是按标准方式摆放准没错当然输出端也可以大小电容都靠近芯片一样近这样更好将大电容放置在电源芯片输入输出引脚的外侧[5-10mm]小电容放置在内侧紧挨着芯片[1-3mm]大电容滤除低频噪声小电容滤除高频噪声为了缩短高频回路路径减少寄生电感的影响小电容要尽可能靠近芯片如果放远了小电容就失去了滤除高频噪声的能力如果输出端有电感则电感要比小电容更靠近芯片引脚才行电源周围的电容电感就近打过孔接地开关电源模块的布局要紧凑一字型或L型尽量少打孔。电源放在右侧从右往左供电常规做法开关电源模块内部的信号互联线都需要加粗一般加粗到 10 米尔以上但不能比焊盘粗信号互联线在开关电源里主要指控制信号线如反馈FB、驱动GATE、采样SENSE等而不是走大电流的功率线输入电源线、开关节点线SW线、输出电源线、功率地线PGND。为什么要加粗到10mil以上开关电源内部高频噪声极大信号线太细容易像天线一样耦合干扰加粗能增强抗干扰能力。实际设计建议对于FB、GATE这类敏感信号线常规做法是走10mil~15mil的线宽同时尽量缩短走线长度并远离电感和开关节点SW等干扰源。输入输出主回路载流处理高速信号线如HDMI、DDR的线宽是根据阻抗通常50Ω或100Ω来算的而功率线的线宽是根据载流能力来算的。核心是 IPC-2152 标准实际设计直接用在线计算器如 smps.us PCB Calculator最省事。注意铺铜的流通能力电路线宽要大于多少比如1盎司铜厚过1A电流大概需要20mil的线宽注意过孔数量如果要走其他层的话最少要几个过孔才能达到电流通过标准Sense路径简介Sense 是“检测/采样信号”专门用来精确测量电流或电压的微弱反馈线通常是毫伏级Sense 是硬件工程师为了保证你的 Linux 板子不烧、不崩而设计的“安全绳”可以做到精准稳压、过流保护、动态调压DVFS布线要求远离干扰源和大电流平面不要将Sense线接在开关电源引脚一般采用0.5mm的线连接到输出滤波电容之后sense接大电容靠近输出的焊盘sense-接大电容靠近地的焊盘GATE引脚尽量短而粗远离干扰源INTVCC引脚滤波这两个电容为快速波动GATE引脚提供电流回路对电路的正常工作极其重要一定要就近放置开关电源芯片下面及其电感下面不能布其他信号线这俩元件发热量比较大下面不要走线了一些敏感元器件也不要放下面开关电源的散热焊盘芯片底座是一整块焊盘一般需要打散热过地孔确保充分的散热如果开关电源输出了多路则尽量使相邻的电感垂直放置图1三个都躺着是平行放置的图2使一、三躺着二竖起来这样就互相垂直了开关电源的铺铜要特别注意芯片引脚不能全连接就是下图这种引脚下面不能是整块铜皮不然焊接和拆卸都非常困难因为热量会被铜皮快速抽走。需要做成下面这种引脚间有无铜缝隙然后左右的铜再通过铜皮连接对芯片的模拟地处理要特别注意最好根据数据手册datasheet上的推荐处理方法去做。有时为了防止数字噪声干扰模拟信号需要通过单点接地这种物理布局手段给模拟电路提供一个绝对干净、稳定的参考地。这个最优的单点接地方法有可能在数据手册中可以找到。电感和电容体积较大个头也高一般放置在顶层。DC-DC的输入地、输出地、芯片的GND引脚这三路要做单点接地这三路用最短的路径连到芯片下方的铜皮然后对铜皮打地孔DC-DC与LDO的区别使用场景DC-DC负责“高效粗调”LDO负责“干净精调”小压差低噪声 选LDO大压差高效率 选DC-DC大压差低噪声 则采用DC-DC前级LDO后级级联。核心区别对比维度LDO线性稳压DC-DC开关稳压原理靠MOS管线性分压多余电压变热量靠开关管高频通断电感储能转换电压效率低效率≈Vout/Vin压差大时发热严重高通常85%~95%几乎不受压差影响噪声极低μV级输出非常干净较高mV级有开关纹波和EMI电压方向只能降压且需最小压差可降压、升压、升降压外围电路极简仅需1~2个电容复杂需电感、二极管、多个电容成本/体积低/小高/大瞬态响应极快较慢什么时候用 LDO输入输出压差小如3.3V→1.8V效率尚可对噪声极度敏感ADC、射频、运放、传感器供电电流小几百mA以内PCB空间和成本受限什么时候用 DC-DC输入输出压差大如12V→3.3VLDO效率仅27.5%电流大1ALDO发热扛不住但使用散热片的话LDO可以承受2A以内的电流需要升压如锂电池3.7V升5V电池供电对续航要求高什么时候连起来用DC-DC LDO 级联当系统同时需要高效率又需要低噪声时采用级联架构DC-DC负责粗调高效完成大压差降压如12V→5VLDO负责精调滤除DC-DC的开关噪声输出干净电压如5V→3.3V典型架构12V输入 │ └─→ DC-DC → 5V总线 ──→ 电机、继电器、LED粗电源 │ ├─→ LDO1 → 3.3V ──→ MCU、数字外设 ├─→ LDO2 → 3.3V ──→ ADC、传感器高PSRR型号 └─→ LDO3 → 1.8V ──→ MCU内核 / PLL实际工程中DC-DC降到5V做总线再分多路LDO给精密模块 就是最主流、最成熟的电源架构。