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2018.12.06 DC/DC

接地

配置DC/DC轉換器的機板電路

這次是關於接地配線的設計。接地配線由於是許多零件各自所必要的配線,因此必須考量其設計。此外,如各項中所說明的,DC/DC轉換器電路中,分離與控制電路聯接之輸出電壓的反饋等訊號系統、和開關大電流的開關(電源)系統非常重要,這在接地配線方面亦同。

類比小訊號接地(AGND)和電源接地(PGND)

接地﹙ground﹚在電位方面雖然是等電位﹙equipotential﹚,不過若是類比訊號﹙analog signal﹚和數位訊號﹙digital signal﹚混合的電路(近來大多如此)則須採取類比接地和數位接地個別設置使數位訊號雜訊不會傳導至類比訊號的方法。開關電源電路(不限於DC/DC轉換器)的思考方式亦同,例如,線路電壓値與輸出精度有直接關係的反饋路徑必須考量使開關節點雜訊的影響降低至最小限度。

名稱應該有好幾個,不過在這裡我決定將討厭類似反饋路徑雜訊的線路相關接地稱為類比小訊號接地(AGND),將開關節點等開關大電流的線路相關接地稱為電源接地(PGND)。

最重要的一點是,AGND和PGND必須分離。理由在於,雖然同樣是電位且最後將進行聯接,不過必須將因開關致使大電流回流的GND和控制訊號的GND分開以防止干渉。

其次,PGND基本上以串聯方式配置於頂層(Figure 8左)。不過,有時候會因零件配置等關係無論如何也無法串聯。此時,若分割PGND透過導孔利用背面或内層聯接(Figure 8右)的話,有可能因導孔的阻抗或電感影響而增加損失或使雜訊悪化,因此請以實機充分驗證。

d4_9_fig8.gif

  • AGND和PGND必須分離。
  • PGND基本上不分割且配置於頂層。
  • 若分割PGND並透過導孔在背面聯接的話,將因導孔的阻抗或電感影響而導致損失或使雜訊悪化。

接地平面﹙ground plane﹚

接地平面意思是具有某程度面積的GND配線,不過首先必須理解的是,接地平面設置於背面或内層基本上目的在於減輕DC損失、防護、散熱,GND終究只是輔助性角色。

在多層機板上將接地平面配置於内層或背面時,必須注意與較多高頻開關雜訊之輸入或二極體之PGND的聯接。如Figure 9所示,若第3 層有共同接地﹙common ground﹚、第4 層有訊號接地時,其與PGND之聯接在較少高頻雜訊之輸出電容附近的PGND進行。請勿在較多雜訊的輸入或二極體附近的PGND進行聯接。

倘若第2 層有用來減輕DC 損失之PGND平面時,則必須藉由多數導孔將頂層﹙top layer﹚的PGND和第2層聯接,使PGND的阻抗變小。

d4_9_fig9.gif

  • 在多層機板中將接地平面配置於内層或背面時,必須注意與高頻開關雜訊較多之輸入或二極體之PGND的聯接。
  • 頂層PGND和内層PGND平面以多數導孔進行聯接來減輕DC損失並降低阻抗。
  • 共同接地﹙common ground﹚或訊號接地﹙signal ground﹚及PGND的聯接在高頻開關雜訊較少之輸出電容附近的PGND進行,切勿在雜訊較多之輸入或二極體附近聯接。

此外,想必大家都知道,多數的DC/DC轉換器IC備有AGND(SGND)和PGND兩個GND端子。理由完全相同,這是因為在IC内部也已經將訊號系統和開關(電源)系統分離的緣故。而且同様由於必須是相同電位,因此最後會進行聯接。IC的AGND和PGND以1點進行聯接非常重要,最佳聯接點請參考數據表的設計資訊等。

重點:

・AGND和PGND必須分離,PGND基本上不分割且配置於頂層。

・分割PGND後透過導孔在背面聯接時,將因導孔的阻抗或電感影響而導致損失或使雜訊悪化。

・共同接地或訊號接地及PGND的聯接在開關雜訊較少之輸出電容附近的PGND進行。

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