开关电源产品日新月异,随着电源产品技术的蒸蒸日上,客户对电源产品的要求也越来越严格,小型化及高效的电源产品越来越受到客户的喜爱,为了做出小型高效的电源产品,我们不仅要在电源设计时选取体积相对小型的电源元器件,还需要在电路板上做做文章。
在最早时期,我们采用的是单层板,这类电路板适合简单的电路设计,而且结构简单,维修难度低,但是由于是单层板,在设计稍微复杂一些的电源系统时,电源结构体积就会显得很庞大;随着电源技术的发展,后来我们用上了双层板,相对于单层板,双层板大大的减小了电源的体积,但是因为只有两层结构,所以对于大功率器件的散热能力有限,为了解决散热问题,出现了多层板,多层板通过分层设计,大大的减小了电源的干扰,而且可以通过金属层进行快速导热,降低电源整体温度,但是多层板布局相对于单层和双层板较为复杂,适合高集成度设计的电源。
单层板、双层板和多层板各有各的优缺点,所以我们在设计时需要考虑的一个最基本问题就是在满足客户需求的前提下,我们需要根据电路功能、信号完整性、EMI、EMC和制造成本来考虑我们的电源需要多少个布线层、接地平面和电源平面;对于大批量低成本的电源,我们一般采用单层板就能满足,对于放大器、打印机这类不太复杂的电路,我们一般采用双层板就能满足了,而对于高速数字电路和射频电路我们通常采用多层板,我们的多层板几乎都是4层板、6层板、8层板等偶数层;这是因为电路板中的所有导电层敷在芯层上,芯层的材料一般是双面覆铜板,当全面利用芯层时,印制电路板的导电层数就为偶数。而选择电路板的层数又要根据我们电源的不同需求而确定,我们有个不成文的规定就是能用较少的层数就尽量少,因为电路板层数每增加一层,其制造工艺就要更为复杂,电源出现故障的几率会呈几何倍数增长。
在多层板中,最基本的包含有信号层(S)、电源平面(P)和接地平面(GND);在电路板中,电源平面和接地平面通常是没有分割的实体平面,这样就可以为相邻的信号走线的电流提供一个好的低阻抗的电流返回路径,信号层大部分位于这些电源或地参考平面层之间,构成对称带状线或非对称带状线;我们的电路板的顶层和底层通常用于放置元器件和少量走线,这些信号走线要求不能太长,以减少走线产生的直接辐射。
最好的布线组合是避免返回电流从一个参考平面流到另一个参考平面,而应该是从一个平面上的一个点流到另一个点,但是在我们实际布线中,为了完成复杂的布线,走线的层间转换是不可避免的,所以在设计布线中,我们通常把临近层作为一个跨越,但是切记如果一个信号要跨越多个层,那么这是不合理的,因为一个经过多层的路径对于返回电流而言是不通畅的;如果实在避无可避的话,那么我们只能通过在过孔附近放置去耦电容或者减小参考平面间的介质厚度来减小地弹。
我们的电路板布线一般要求在同一个信号层里要保证大多数布线方向是一致的,同时应该和相邻信号层的布线方向正交,比如我们如果有两个相邻的信号层,那么我们可以将一个布线方向设为纵向,相邻的另一个信号层布线方向设为横向。

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