CBLayout研讨报告.ppt
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1、PCB Layout 研讨报告研讨报告Red CAOApril 29,2008Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential2目录目录 1、PCB Layout的重要性分析的重要性分析 2、HID电路拓扑的介绍和主要电流回路的划分;电路拓扑的介绍和主要电流回路的划分;3、PCB Layout的的核心概念:电流回路核心概念:电流回路 4、生产线上出现的一些同、生产线上出现的一些同PCB Layout相关的问题相关的问题 5、PCB layout优化的一般过程优化的一般过程 6、总结、总结Technical training S
2、hanghai,June 2004 Company confidential3产品质量和可靠性的主要影响因素产品质量和可靠性的主要影响因素1、原理图设计:完善和欠缺原理图设计:完善和欠缺 (40)a、主拓扑选择;、主拓扑选择;b、控制逻辑的规划、控制逻辑的规划 c、参数调整、参数调整2、元器件:可靠和不可靠元器件:可靠和不可靠 (20)3、PCB Layout:合理和不合理:合理和不合理 (20)4、生产工艺:先进和落后、生产工艺:先进和落后 (20)10 40 5 45新产品新产品老产品老产品Technical training Shanghai,June 2004 Company conf
3、idential4PCB layout 和电路性能和电路性能1、EMI的好坏:传导和辐射;的好坏:传导和辐射;2、derating rules是否达标;是否达标;3、热管理的好坏和产品温升的高低(产品寿命);、热管理的好坏和产品温升的高低(产品寿命);4、控制精度和抗干扰性;、控制精度和抗干扰性;5、产品的可靠性;、产品的可靠性;Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential5HID电路拓扑的介绍电路拓扑的介绍Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential
4、6PCB Layout:高频大电流回路、高频大电压支路:高频大电流回路、高频大电压支路大电流回路和高电压支路的类别:大电流回路和高电压支路的类别:1、高频大电流回路;电流密度趋肤效应、高频大电流回路;电流密度趋肤效应Ldi/dt干扰源干扰源2、低频大电流回路;电流密度、低频大电流回路;电流密度3、高频大高压支路:爬电距离和、高频大高压支路:爬电距离和Cdv/dt干扰源干扰源4、低频大高压支路:爬电距离、低频大高压支路:爬电距离功率电路布线的基本原则:功率电路布线的基本原则:1、抑制干扰源:提高电路可靠性,改善电磁兼容性:、抑制干扰源:提高电路可靠性,改善电磁兼容性:2、高频大电流回路面积最小化
5、:减小差模辐射噪声和干扰、高频大电流回路面积最小化:减小差模辐射噪声和干扰3、高频高压支路铜箔面积最小化:减小共模辐射噪声和干扰、高频高压支路铜箔面积最小化:减小共模辐射噪声和干扰Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential7PCB Layout:高频成分的分类:高频成分的分类高频电流电压频率分量的归类:高频电流电压频率分量的归类:1、对应于、对应于MOS管工作频率(管工作频率(100kHz左右或以下)及其高次谐波分量左右或以下)及其高次谐波分量2、对应于线路寄生振荡频率:一般大于、对应于线路寄生振荡频率:一般大于20MH
6、z;Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential8PCB Layout:高频大电流回路:高频大电流回路主要影响:在线路中,引起电阻性干扰和主要影响:在线路中,引起电阻性干扰和di/dt电感性差模干扰和可靠性方面的问题电感性差模干扰和可靠性方面的问题布线基本原则:各级功率电路之间的解耦和各级功率电路电流回路面积最小化;布线基本原则:各级功率电路之间的解耦和各级功率电路电流回路面积最小化;目的:保证各级功率电路之间相对的独立性、保证干扰源最小;目的:保证各级功率电路之间相对的独立性、保证干扰源最小;实现解耦的方法:电容走线的先
7、后顺序,目的也是减小电流回路面积。实现解耦的方法:电容走线的先后顺序,目的也是减小电流回路面积。面积最小化的方法:采用狭长形的电流环路,字形走线,双面走线重叠;面积最小化的方法:采用狭长形的电流环路,字形走线,双面走线重叠;Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential9PCB Layout:BOOST变换器中的高频大电流回路变换器中的高频大电流回路两类重要的频率成分:两类重要的频率成分:1、工作主频、工作主频(100kHz)及其谐波分)及其谐波分量;量;2、20M以上的寄生振荡以上的寄生振荡噪声。噪声。BOOST-PFCB
8、OOST-PFC变换器中的高频大电流回路对应于下面变换器中的高频大电流回路对应于下面3 3种情形:种情形:1 1、MOSMOS管处于管处于TonTon期间主功率电流回路;期间主功率电流回路;2 2、MOSMOS管处于管处于ToffToff期间主功率电流回路;期间主功率电流回路;3 3、MOSMOS管关断瞬间寄生振荡电流回路;管关断瞬间寄生振荡电流回路;Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential10PCB Layout:BOOST变换器变换器Ton期间高频大电流回路期间高频大电流回路Technical training S
9、hanghai,June 2004 Company confidential11PCB Layout:BOOST变换器变换器Toff期间高频大电流回路期间高频大电流回路MOS管在管在Toff期间的期间的主功率电流回路和寄主功率电流回路和寄生振荡电流回路生振荡电流回路红色回路红色回路:寄生振荡:寄生振荡蓝色回路蓝色回路:主功率:主功率Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential12PCB Layout:BOOSTPFC变换器布线要点变换器布线要点PFC回路内部:通过回路内部:通过PFC工作原理的分析,检测电阻的接地端也根本无
10、需靠近电解电容,而只需靠近工作原理的分析,检测电阻的接地端也根本无需靠近电解电容,而只需靠近BOOST输入端高频电容的地段,因为输入端高频电容的地段,因为BOOST工作时的高频电流回路是这样的:入端高频电容工作时的高频电流回路是这样的:入端高频电容BOOST电感电感MOS管检测电阻高频电容,如果高频电容的地段和检测电阻的地端非常近,则可以有效减小电管检测电阻高频电容,如果高频电容的地段和检测电阻的地端非常近,则可以有效减小电流环路面积(尤其是高频电流的环路面积);另外,在流环路面积(尤其是高频电流的环路面积);另外,在MOS管关闭,二极管续流时,高频电流回路是这样管关闭,二极管续流时,高频电流
11、回路是这样的:入端高频电容的:入端高频电容BOOST电感电感DIODE电解电容的正极电解电容的正极DCBUS高频滤波电容电解电容的负极高频滤波电容电解电容的负极(地)(地)DCBUS高频滤波电容的地端入端高频电容的地端。所以,从这个回路来说,入端高频电容的地高频滤波电容的地端入端高频电容的地端。所以,从这个回路来说,入端高频电容的地端和电解电容的负极(地)端和电解电容的负极(地)DCBUS高频滤波电容的地端也应该尽量靠近,如果作不到这一点,则高频滤波电容的地端也应该尽量靠近,如果作不到这一点,则DCBUS高频滤波电容的地端一定要靠近入端高频电容的地端。另外,最关键是要分析高频功率环路的组成高频
12、滤波电容的地端一定要靠近入端高频电容的地端。另外,最关键是要分析高频功率环路的组成(电路工作原理),是要保证(电路工作原理),是要保证高频功率环路面积应该尽量最小化高频功率环路面积应该尽量最小化(低频环路面积大小不是太重要的),(低频环路面积大小不是太重要的),所以在所以在BOOST-PFC 电路中,入端高频电容,电路中,入端高频电容,BOOST电感,电感,MOS,检测电阻,检测电阻,diode,DCBUS高频滤波高频滤波电容一定要尽量靠近,并且上面所说的两个环路的面积一定要小。并且,高频滤波电容的电容量一定要足够电容一定要尽量靠近,并且上面所说的两个环路的面积一定要小。并且,高频滤波电容的电
13、容量一定要足够大,否则,上面的两个高频环路就会向外边扩展,譬如,将镇流器之前的大,否则,上面的两个高频环路就会向外边扩展,譬如,将镇流器之前的EMI滤波器和滤波器和DCBUS电解电容都电解电容都包括到两个高频环路中来。包括到两个高频环路中来。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential13PCB Layout:HBCF变换器中的高频大电流回路变换器中的高频大电流回路HBCF变换器中的高频大电流回路对应于下面变换器中的高频大电流回路对应于下面6种情形:种情形:1、Q1处于处于Ton期间主功率电流回路;期间主功率电流回路;2、
14、Q1处于处于Toff期间主功率电流回路期间主功率电流回路;3、Q2处于处于Ton期间主功率电流回路期间主功率电流回路;4、Q2处于处于Toff期间主功率电流回路期间主功率电流回路;5、Q1处于处于Toff期间寄生振荡电流回路;期间寄生振荡电流回路;6、Q1处于处于Toff期间寄生振荡电流回路期间寄生振荡电流回路;两类重要的频率成分:两类重要的频率成分:1、工作主频(、工作主频(100kHz)及其谐波分量;及其谐波分量;2、20M以上的寄生振荡噪以上的寄生振荡噪声。声。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential14PCB
15、Layout:HBCF变换器变换器Ton期间高频大电流回路期间高频大电流回路此处对应于此处对应于Q2在在Ton期间,主功率电流回路情形。期间,主功率电流回路情形。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential15PCB Layout:HBCF变换器变换器Toff期间高频大电流回路期间高频大电流回路此处对应于此处对应于Q2在在Toff期间,主功率电流回路情形。期间,主功率电流回路情形。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential16PCB Layout:H
16、BCF变换器关断瞬间(变换器关断瞬间(Toff早期)高频大电流回路早期)高频大电流回路Q2在关断瞬间,在关断瞬间,20M以上的寄生振荡电流回路。以上的寄生振荡电流回路。(分(分C3存在和不存在两种情形存在和不存在两种情形)Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential17PCB Layout:高频大电压支路:高频大电压支路主要影响:在线路中,主要引起主要影响:在线路中,主要引起dv/dt电容性共模干扰和可靠性方面的问题电容性共模干扰和可靠性方面的问题两类重要的高频高压频率分量的归类成分:两类重要的高频高压频率分量的归类成分:
17、1、工作主频(、工作主频(100kHz以下)及其高次谐波;以下)及其高次谐波;2、20M以上的寄生振荡噪声。以上的寄生振荡噪声。布线基本原则:在电流密度许可的前提下,尽量减小高频高压支路铜箔面积,敏感信号线布线基本原则:在电流密度许可的前提下,尽量减小高频高压支路铜箔面积,敏感信号线尽量不要和高频高压支路平行走线,减小耦合电容和位移电流,以便抑制共模干扰。尽量不要和高频高压支路平行走线,减小耦合电容和位移电流,以便抑制共模干扰。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential18PCB Layout:高频大电压支路的辨识:高频
18、大电压支路的辨识高频大电压支路的识别:高频大电压支路的识别:MOS管的漏极(兼顾散热片和管的漏极(兼顾散热片和housing)或者源极)或者源极如下面两图中如下面两图中红色红色和和绿色绿色着重标示的部分就是高频大电压支路。着重标示的部分就是高频大电压支路。如下面两图中如下面两图中黄色黄色着重标示的部分就是低频大电压支路。着重标示的部分就是低频大电压支路。如下面两图中如下面两图中蓝色蓝色着重标示的部分就是直流大电压支路着重标示的部分就是直流大电压支路 Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential19PCB Layout:芯片
19、管脚类型识别:芯片管脚类型识别芯片管脚可以分为类:芯片管脚可以分为类:、VCC;、GND;、输出管脚:主要功能是、输出管脚:主要功能是输出控制信号输出控制信号到外部其它电路;到外部其它电路;、输入管脚:主要功能是、输入管脚:主要功能是接收接收从外部其它电路来的从外部其它电路来的反馈信号反馈信号;、输入输出双态管脚:典型的例子是、输入输出双态管脚:典型的例子是MOS管的驱动管脚;管的驱动管脚;、芯片内部电路的外部设置(补偿)管脚:非输入输出管脚。、芯片内部电路的外部设置(补偿)管脚:非输入输出管脚。Technical training Shanghai,June 2004 Company con
20、fidential20PCB Layout:芯片输出管脚所对应的电流回路:芯片输出管脚所对应的电流回路芯片输出管脚电流回路的一般形式:高频解耦电容的电芯片输出管脚电流回路的一般形式:高频解耦电容的电压端芯片压端芯片VCC管脚管脚 芯片内部逻辑芯片输出管脚受芯片输出管脚受驱动(受控制)电路的信号接收端驱动(受控制)电路的信号接收端PCB公共地高频解耦公共地高频解耦电容的地端高频率波电容的电压端)。电容的地端高频率波电容的电压端)。Layout时注意两点:时注意两点:、该电流环路尽量小,、该电流环路尽量小,从而受到的辐射干扰最小。从而受到的辐射干扰最小。、该环路和功率回路尽量、该环路和功率回路尽量
21、单点连接,从而受到的传导单点连接,从而受到的传导干扰最小。干扰最小。Technical training Shanghai,June 2004 Company confidential21PCB Layout:芯片输入管脚所对应的电流回路:芯片输入管脚所对应的电流回路芯片输入管脚电流回路的一般形式:外部反馈信号源芯片输入管脚电流回路的一般形式:外部反馈信号源芯片输入管脚芯片内部逻辑芯片芯片输入管脚芯片内部逻辑芯片GND管脚管脚PCB公共公共地外部反馈信号源)。地外部反馈信号源)。芯片内部电流回路一般形式:解耦电容芯片芯片内部电流回路一般形式:解耦电容芯片VCC芯芯片内部子电路芯片片内部子电路芯
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