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电荷泵双极电源的PCB该如何布局?

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在本文中,将介绍用于低噪声±5 V无电感电源的PCB设计。

PCB布局始终是从概念到功能电路板的重要一步,但在处理开关电源电路时应特别小心。您希望降低噪声并改善散热性能,这两个目标都可以通过应用标准布局技术并遵循数据表中的布局建议来实现(如果数据表中没有建议且您对PCB没有太多经验布局,您可能想要考虑不同的部分)。

在我们开始之前,这里是完整的布局(顶部和底部;所有部分都在顶部):

 

 

底侧主要用作接地平面。

 

LTC3265

我的电荷泵电源的核心部分是Linear Tech / Analog Devices 的LTC3265。它有两种封装形式:TSSOP和DFN。TSSOP很小但至少它们有突出的引线。我自己组装了这块板子,如果你打算这样做,我绝对推荐TSSOP。

 

 

如您所见,它有一个导热垫。重要提示:当IC具有这种外露(也称为热)焊盘时,它通常是接地连接,但根据我的经验,这些IC在正常引脚之间也至少有一个接地连接。因此,您可以在不将裸露焊盘接地的情况下逃脱(虽然我当然不会建议这样做)。

相比之下,对于LTC3265,裸露焊盘是唯一的接地“引脚”,因此如果裸露焊盘和接地节点之间没有良好连接,则会遇到问题半导体

当我接近我的布局结束时,我意识到我没有方便的方法将热垫连接器封装在一个大的铜区域中。幸运的是,在我的情况下它并不重要,因为我不需要在高温下操作电路板,因此我确信我将从六个过孔中获得足够的热量释放; 这些会将热量传递到电路板底部的接地层。如果您需要最大化热传递或者如果没有可用的电路板底部,请确保在LTC3265的两个短边附近留出一些空的空间,以便您可以将热垫连接延伸到一些大铜盆满钵满。

 

电感

当我布置开关稳压器时,我主要担心的是电感。开关动作总是导致高频的存在; 即使开关频率本身相当低,快速开/关转换也包含高频能量。

电感越大意味着更高的频率阻抗,因此应尽量减少电感。PCB走线的电感与走线的长度成正比,与宽度成反比。因此,我们通过制作短而宽的走线来减少电感(和电阻)。您可以在下面看到两个示例。第一个例子是我的布局,第二个例子是数据表中的推荐布局。

           

 

 

下面是原理图,以便您可以看到哪些参考指示符(在我的布局中,而不是数据表的布局)对应于哪些组件。

 

 

制造考虑因素

我的计划是使用焊膏和热风枪组装这块电路板。这是一种使用表面贴装元件的低成本且相对简单的方法,但您必须提前计划。如果我希望手工组装电路板,我会尽量避免小于0805的电路板。你还会注意到我有一个典型的0.1英寸接头而不是USB Micro-B足迹。那是因为我的Micro-B连接器实际上是一个分线板。如果您计划自己组装PCB并且需要Micro-B连接,我强烈推荐这种方法,至少在原型阶段。

我通常使用四层板,因为性能优越,布线更简单,但在这种情况下,不需要四层,因为布线不复杂,并且因为电路板只需要一个接地层(即没有电源)平面)。此外,双层板允许您使用OSH Park的Super Swift服务,在我看来,这是低成本,快速转换PCB制造的绝佳选择。

我最近了解到铋基焊料的存在。这种类型的焊料非常适合原型设计,因为它在较低的温度下熔化 - 在我使用的产品的情况下,138°C,相比之下,含铅焊料约为183°C,典型的无铅焊料约为220°C 。我使用基于铋的焊料来组装无电感双极电源,我只能说我永远不会回到其他东西。低熔点使我能够在组件上组装较少的热应力(并减少对自己的心理压力),并且返工更容易,更快(同样压力更小)。

 

结论

我已经组装并测试了这个电荷泵电源,我对结果非常满意(将在即将发布的项目文章中发布)。这是一个简单而紧凑的解决方案; 我的PCB只有~1.3平方英寸。如果您将此电路视为可以集成到更大PCB中的子系统,并且如果您消除仅原型组件,它会变得更小,因为您可以消除J1,C1,POT1,J2,J3,J4和TP3 -5。无论何时我需要用于低电流模拟或混合信号电路的对称轨道,这肯定会成为我的首选解决方案。