PCB-designspecifikationer för byte av strömförsörjning

Att designa en switching power supply (SPS) PCB kräver noggrann uppmärksamhet på detaljer för att säkerställa stabil drift och minimera elektromagnetisk störning (EMI). Från schematiskt till layout, varje steg är avgörande. Den här omfattande guiden utforskar viktiga överväganden och bästa praxis för att designa ett effektivt och pålitligt SPS PCB.

Schematisk till PCB Design Flow

Övergången från schematisk till kretskortsdesign innebär flera viktiga steg:

1. Upprätta komponentparametrar: Definiera specifikationerna för varje komponent, med hänsyn till kraven på spänning, ström och frekvens.
2. Mata in schematisk nätlista: Överför schemat till ett nätlistformat som kan användas för PCB-layout.
3. Designparameterinställningar: Konfigurera PCB-designprogramvaran med nödvändiga parametrar, inklusive spårbredder, spelrum och lager.
4. Manuell layout: Ordna komponenterna på kretskortet enligt schemat och designkraven.
5. Manuell routing: Dra spåren mellan komponenterna, se till att det är rätt avstånd och undvik störningar.
6. Design validering: Verifiera designen för elektrisk och mekanisk integritet, inklusive signalintegritet och termiska hänsyn.
7. översyn: Genomför en grundlig granskning av designen för att säkerställa att den uppfyller alla krav.
8. CAM-utgång: Generera de slutliga utdatafilerna för tillverkning.

Kretskortslayoutparametrar för att byta strömförsörjning

För att säkerställa optimal strömintegritet i konstruktioner med switchande strömförsörjning (SPS) måste noggrann hänsyn tas till kretskortslayouten. Följande parametrar är avgörande för att utforma ett robust kraftleveransnätverk (PDN) som kan ge ren och oavbruten ström till alla komponenter samtidigt som störningar minimeras:

1. Konfiguration av kortlager och stapling: Börja med ett schema som identifierar alla nätaggregat på kortet. Konfigurera lagerstapeln för att optimera signal- och strömintegritet. Placera ström- och jordplan för optimala signalreturvägar, kontrollerad impedansdirigering och strömförsörjningsisolering.
2. Designregler och begränsningar: Upprätta regler för spårbredd, avstånd och kopparhällningsattribut. Överväg att använda nätklasser för att hantera dessa regler effektivt. Avancerade PCB-designverktyg, såsom Cadence Allegros PCB Editor, erbjuder möjligheter att stödja routingkraven för PDN.
3. Riktlinjer för placering och rutt: Följ dessa riktlinjer för att byta strömförsörjning:
   • Komponentplacering: Placera komponenter för att minimera spårlängder och optimera signalvägar. Håll högströmskomponenter nära sina respektive frånkopplingskondensatorer för att minimera induktansen.
   • Rutthantering: Dra strömspår så brett som möjligt för att minska motstånd och spänningsfall. Använd flera vias för högströmsbanor för att minska motståndet och förbättra den termiska prestandan. Håll högströmsslingor korta och kompakta för att minimera EMI.
   • Frånkopplingskondensatorer: Placera frånkopplingskondensatorer så nära som möjligt strömstiften på komponenterna som de kopplar bort för att ge en lågimpedansväg för högfrekvent brus.
   • Jordning: Implementera ett solidt jordplan för att ge en lågimpedans returväg för strömmar. Använd sömmar för att koppla ihop olika jordlager och minimera jordslingor.
   • Signalintegritet: Använd kontrollerad impedansdirigering för höghastighetssignaler för att minimera signalreflektioner och säkerställa signalintegritet.

Genom att noggrant överväga dessa parametrar och riktlinjer kan du utforma en kretskortslayout som maximerar strömförsörjningens integritet och minimerar störningar i switchande nätaggregat.

Byta strömförsörjningskomponenters layout

När du lägger ut komponenter, överväg PCB-storleken som en prioritet. Ett överdimensionerat PCB kan leda till längre spårlängder, ökad impedans, minskad anti-brusförmåga och högre kostnader. Omvänt kan ett underdimensionerat PCB lida av dålig värmeavledning och ökad interferens. Den optimala formen för ett PCB är rektangulär, med ett längd-till-breddförhållande på 3:2 eller 4:3. Komponenter som placeras nära brädans kant bör vara minst 2 mm bort för att undvika potentiella problem.

Vid komponentplacering, prioritera framtida lödningshänsyn och undvik alltför täta arrangemang som kan hindra lödprocesser. Ordna komponenterna enhetligt, snyggt och kompakt runt kärnkomponenterna i varje funktionskrets. Minimera och förkorta ledningar och anslutningar mellan komponenter och placera avkopplingskondensatorer så nära komponentens VCC som möjligt.

Tänk på fördelningsparametrarna mellan komponenter, speciellt för kretsar som arbetar vid höga frekvenser. Komponenter bör arrangeras så parallellt som möjligt för att underlätta lödning och massproduktion. Ordna positionerna för varje funktionell kretsenhet enligt kretsflödet för att säkerställa att layouten främjar signalcirkulationen och bibehåller signalkonsistensen. Slutligen, säkerställ routingflytande som den primära layoutprincipen, var uppmärksam på flygande trådanslutningar och placera komponenter med sammankopplingar tillsammans för att minimera signalvägslängder.

Optimering av jordning för stabil strömförsörjningsdrift

Växlande nätaggregat innehåller högfrekventa signaler, och alla utskrivna linjer på kretskortet kan fungera som en antenn. Längden och bredden på den tryckta linjen påverkar dess impedans och reaktans och påverkar därigenom frekvenssvaret. Även utskrivna linjer som bär DC-signaler kan kopplas till RF-signaler från närliggande tryckta linjer och orsaka kretsproblem (eller till och med återutsända störningssignaler).

För att mildra detta bör alla AC-bärande tryckta linjer utformas så korta och breda som möjligt. Detta innebär att alla komponenter kopplade till tryckta ledningar och andra kraftledningar bör placeras så nära som möjligt. Längden på den tryckta linjen är proportionell mot dess induktans och impedans, medan bredden är omvänt proportionell mot dess induktans och impedans. Ju längre längd, desto lägre frekvens vid vilken den tryckta linjen kan sända och ta emot elektromagnetiska vågor, och desto mer RF-energi kan den utstråla.

Därför är det viktigt att noggrant överväga placeringen av jordledningen i layouten för att undvika att blanda olika jordar, vilket kan leda till instabil strömförsörjningsdrift. Jordning spelar en viktig roll som den gemensamma referenspunkten för de fyra strömslingorna i strömförsörjningen och är en viktig metod för att kontrollera störningar. Här är några viktiga punkter att notera i markdesign:

1. Välj enpunktsjordning: Filterkondensatorns gemensamma anslutning ska vara den enda anslutningen till den gemensamma jordningen kopplad till den stora växelströmsjorden. Jordpunkterna för samma nivåkrets bör vara så nära som möjligt, och huvudkretsens filterkondensator bör också vara ansluten till nivåns jordpunkt.
2. Förtjocka jordledningen: Se till att varje anslutning av en stor ström använder en utskriven tråd som är så kort och bred som möjligt. Bredden på kraft- och jordledningarna bör breddas så mycket som möjligt, med jordledningen helst bredare än kraftledningen. Förhållandet mellan deras bredder bör vara: jordledning > kraftledning > signalledning. Om möjligt bör bredden på jordledningen vara större än 3 mm.
3. Globala routingprinciper: Följ dessa principer när du utför global routing:
   • Routningsriktning: Håll komponenternas orientering i överensstämmelse med det schematiska diagrammet, och routingriktningen bör överensstämma med kretsschemat.
   • Minimera antalet varv i rutten, undvik plötsliga förändringar i linjebredden och se till att trådhörn är ≥90 grader.
   • Undvik att korsa kretsar i den tryckta kretsen. Använd metoder som "borr" eller "slinga" för att lösa potentiella korsningsproblem.
4. In- och utgångsjord: För en lågspännings DC-DC switchande strömförsörjning bör båda sidor av kretsen ha en gemensam referensjord. Efter kopparplätering av båda sidorna av jordledningen ska de kopplas samman för att bilda en gemensam jord.

Viktiga kontroller för ledningar och jordning i PCB-design

Efter att ledningsdesignen är klar är det nödvändigt att noggrant kontrollera om ledningsdesignen överensstämmer med reglerna som fastställts av konstruktören, och också för att bekräfta om de etablerade reglerna uppfyller kraven för PCB-produktionsprocessen. Kontrollera generellt om avstånden mellan linjer och linjer, linjer och komponentdynor, linjer och genomgående hål, komponentdynor och genomgående hål och mellan genomgående hål är rimliga och uppfyller produktionskraven.

Kontrollera om bredden på kraft- och jordledningarna är lämpliga, och om det finns några ställen i kretskortet där jordledningarna kan breddas. Obs: Vissa fel kan ignoreras, till exempel att en del av konturerna för vissa kontakter placeras utanför kortets ram, vilket kan orsaka fel i avståndskontroller; även efter varje modifiering av ledningar och genomgående hål, bör kopparn beläggas på nytt.

Slutliga designkontroller

Kontrollera igen mot "PCB Checklist" som inkluderar designregler, lagerdefinitioner, spårbredder, avstånd, pads och via-inställningar. Dessutom fokusera på att se över rationaliteten i komponentplacering, routing av kraft- och jordnät, routing av höghastighetsklocknät, skärmning, placering och anslutning av frånkopplingskondensatorer m.m.
Konstruktionsutdata för utdata för fotomaskfiler:

A. Utgångsskikten inkluderar ledningsskikt (bottenskikt), silk screen-skikt (inklusive toppskikt och bottenskikt silk screen), lödmaskskikt (nedre lödmaskskikt), borrskikt (bottenskikt) och borrfiler (nc-borrning) ) genereras också.

B. När du ställer in antalet silk screen-lager, välj inte deltyp; välj kontur, text och linjer för de övre (nedre) och silk screen-lagren.

C. När du ställer in lager för varje lager, välj brädkonturen; när du ställer in antalet lager för silk screen-lagret, välj inte deltyp; välj kontur, text och linjer för de övre (nedre) och silk screen-lagren.

D. När du genererar borrfiler, använd standardinställningarna för PowerPCB utan att göra några ändringar.

Relaterade inlägg:

PCB Power Supply: En omfattande guide för att driva elektroniska enheter

Hur designar man Power PCB?

Vad är ett strömförsörjningskretskort?

Hur man designar ett strömförsörjningskort för optimal prestanda