应用笔记 4049

MAX8660/MAX8661 PCB布局指南


摘要 : MAX8660/MAX8661评估板提供了一个使用单侧印刷电路板(PCB)布局以优化性能的实例。尽管评估板的PCB布局提供了最佳性能并可简化评估,但也可以采用其他PCB布局。本应用笔记给出了采用MAX8660/MAX8661实现可靠PCB布局的详细步骤。

引言

MAX8660/MAX8661是高度集成的电源管理IC (PMIC)。高效率、小尺寸使得这些器件可理想用于智能电话、PDA以及便携式媒体播放器等电池供电产品。

良好的印刷电路板(PCB)布局是实现MAX8660/MAX8661的最佳性能的必要条件。MAX8660评估板(EVKIT)提供了一个可优化器件性能的布局实例。针对无法使用该布局的应用,本应用笔记提供了在基于MAX8660的设计中需要注意的事项和设计技巧,以保证实现最佳性能。

MAX8660EVKIT

MAX8660EVKIT提供一种PCB布局实例,具有以下特征:
  • 四层板
  • 1盎司镀铜
  • 所有器件均在PCB的一层
  • 第1层和第2层之间采用了5mil过孔,传输数字信号
MAX8660/MAX8661并非一定要求单层PCB布局—也可以使用2侧布局。考虑以下原因,MAX8660EVKIT使用了单侧PCB布局:
  • 降压型开关调节器的所有动态开关电流均分布在顶层,无动态开关电流流经过孔。
  • 很多设计采用8至12层PCB。这通常会把PMIC等大噪声器件放在PCB的一侧,而GPS接收器等敏感器件放在另一侧。由于电路板的中间层为地,可以有效地隔离两侧。MAX8660EVKIT设计为单侧,所以能方便地移植到这些应用中。
  • 对于实验室评估,所有器件位于一侧可便于测量。
  • 另外,所有器件位于一侧允许电路板平放在工作台上,便于实验室评估。
为保持小的PCB尺寸,评估板使用了微型盲孔(1层和2层间5mil过孔)传输数字信号。不采用微型盲孔时,多占用一些电路板尺寸,也能达到类似效果。

Maxim建议MAX8660/MAX8661用户尽可能按照MAX8660EVKIT进行布局布线。为方便用户,我们提供了MAX8660EVKIT布局的Gerber文件¹。对于无法采用MAX8660EVKIT布局的PCB设计,本应用笔记提供了实现可靠布局的详尽步骤。

本应用笔记的支持文档

MAX8660/MAX8661 PCB布局顺序

本段使用的参考设计指南与EVKIT数据资料的电路图一致(请参考MAX8660EVKIT数据资料的图4)。建议参考EVKIT数据资料的布局(EVKIT数据资料的图5、6、7、8和9),并遵循以下建议:

该流程的要素按重要性高低排列,最先条目最为重要。
  1. 降压型稳压器输入旁路电容
    • 在PV3(28)和PG3(26)间,尽可能靠近IC放置C12。
    • 在PV1(36)和PG1(34)间,尽可能靠近IC放置C11。
    • 在PV2(14)和PG2(16)间,尽可能靠近IC放置C15。
    • 在PV4(3)和PG4(5)间,尽可能靠近IC放置C18。
    • 降压型稳压器的输入旁路电容是最重要的器件,因为它们携带高速变化(di/dt)的不连续电流。使降压型稳压器的输入旁路电容与PVx和PGx间的电感最小化非常必要。将输入电容安装在MAX8660/MAX8661 IC的同一侧,以使电感最小。将输入电容安装在与MAX8660 IC相对的PCB另一侧并不理想,因为连接PCB两侧所必需的过孔增加了该重要通路的电感。
    • MAX8660/MAX8661在IC封装的每一边提供一个降压型转换器,从而使降压型稳压器的输入电容能靠近其PVx和PGx引脚放置。
    • 各降压型稳压器的引脚按PVx、LXx和PGx顺序排列,这样PVx和PGx相隔一个引脚。引脚排列与封装的引脚间隔可理想使用0603尺寸的输入电容。
    • 使用多个过孔将各输入电容的地端连接至内部地层,多个过孔可减小电阻和电感。
    • 使用多个过孔将各输入电容的正端连接至内部电源层,多个过孔可减小电阻和电感。
  2. IC电源输入、斜率设置电阻和低电池电压比较器
    • 在IN(18)和AGND(19)之间,尽量靠近IC放置C22。
    • R10靠近C22放置
    • 在LBF(21)和LBR(22)之间,尽量靠近IC放置R2。
    • 靠近R2放置R1和R3;保持高阻抗节点LBF(21)和LBR(22)的面积尽可能小。
    • 尽可能靠近RAMP(24)放置R4。
    • 将此部分元件的地连接至小面积模拟地孤岛。使用单个过孔将此模拟地孤岛连接至内部地层。
    • 使用过孔将电源输入滤波电阻(R10)连接至内部电源层。
    • 使用过孔将低电池电压比较器电阻串(R1)的高端连接至内部电源层。
  3. 降压型转换器输出电容
    • 放置C3、C4和C5时,使其地端尽量靠近PG3(26)。
    • 放置C1和C2时,使其地端尽量靠近PG1(34)。
    • 放置C6和C7时,使其地端尽量靠近PG2(16)。
    • 放置C8和C9时,使其地端尽量靠近PG4(5)。
    • 使用粗线/平面将电容地端连接至对应的电源地引脚(PGx)。连接至PGx时,使用尽可能宽的走线。
    • 通过多个过孔将各覆铜连接至内部地层。
  4. 降压型稳压器电感
    • 在LX3(27)和输出电容C3、C4、C5之间放置L3。
    • 在LX1(35)和输出电容C1、C2之间放置L1。
    • 在LX2(15)和输出电容C6、C7之间放置L2。
    • 在LX4(4)和输出电容C8、C9之间放置L4。
    • 使用宽的走线将电感连接至对应的LX节点(LXx)。走线需要足够宽,以承载转换器的输出电流。
    • 使LXx节点的面积最小。这些节点需要足够宽,以承载电流;然而,由于这些节点在PVx和PGx之间快速切换,会形成噪声源,它们应该尽可能短,以减小总辐射面积。
    • 使LXx节点的寄生电容最小。寄生电容将会降低效率。
    • 使图1和下文所述电流通路的电气长度和环路面积最小。使这些通路的电气长度最小可降低寄生电阻;使环路面积最小可减小辐射噪声。
      • 输入电容的正端 → 进入PVx → 从LXx → 输出通过电感 → 通过输出电容 → 回到输入电容的地端。
      • 从LX → 通过电感 → 通过 输出电容 → 至电源地引脚(PGx)。
    • 注意,电感在磁场中存储能量。该磁场可能会干扰放置在电感附近的敏感电路。为了将磁通量钳制在电感范围内,很多电感都进行了屏蔽。屏蔽电感通常较好,不会出现噪声相关的应用问题。如果使用非屏蔽电感,需要非常小心以确保磁通不会干扰敏感电路。

      使用屏蔽电感时,请花点时间研究一下电感的构造。很多屏蔽电感在线圈进/出骨架连接至电感引线端一侧的屏蔽罩上带有缺口。有缺口的一侧磁场辐射要强很多。最好调整电感的方向,使电感的任何屏蔽缺口背向敏感电路。MAX8660EVKIT上使用的屏蔽电感在屏蔽罩上有一个小缺口,在EVKIT的丝网印刷上,该缺口面向支架"["。这可确保强磁场远离敏感的输出检测线。

      图1. 降压型转换器的电流环路
      图1. 降压型转换器的电流环路

  5. 降压型转换器输出检测线
    • 将V3(30)连接至输出电容C3、C4和C5的正端。
    • 将V1(36)连接至输出电容C1和C2的正端。
    • 将V2(10)连接至输出电容C6和C7的正端。
    • 将V4(40)连接至输出电容C8和C9正端。
    • 在动态电流较小的位置将各检测线连接至对应的输出电容—参考MAX8660EVKIT实例。
    • 各检测线布线应远离LX节点的电感等噪声源。请参考上文步骤D中关于电感方向的注意事项。
  6. LDO输入和输出电容
    • LDO输入/输出电容的位置没有上文所述的元件重要。
    • 采用MAX8660EVKIT所给出的方法,将LDO电容放置在IC周围的空闲位置:
    • LDO5
      • IN5, V5
    • LDO8
      • IN8, V8
    • LDO6/7
      • IN67, V6, V7
  7. 数字I/O
    • 数字I/O线对布局较不敏感。在IC周围的可用空间路由下列信号:
      • 低电平有效LBO、EN1、EN2、EN34、EN5、SET1、SET2、SRAD,低电平有效MR,低电平有效RSO、SDA、SCL
  8. 裸焊盘

结论

依照上述布局步骤并参考MAX8660EVKIT数据资料,能够获得经过验证、设计可靠的MAX8660布局方案。

附录

Maxim
电路板机械说明
MAX8660评估板REV-B


Material RoHS-compliant FR-4 laminate material compatible with lead-free soldering processes
Size (in x in) 3.200 x 3.000
Thickness (in) 0.062
Layers 4
Solder Mask Green LPI SMOBC
Legends White (clipped all legends from exposed metal)
Copper Clad (oz) 1

制造商商标和日期码:只允许在底层标注。

Plating Must be lead free and RoHS compliant
Finish Vendor should use the most economical lead-free and RoHS-compliant process available or as specified in PO.

Approved Finish:
HASL Lead-free solder
Immersion tin
Immersion gold
Thru Holes (in, min) 0.001
Quality Manufactured in accordance with IPC-A-600

表贴焊盘数: 128
通孔数(drl14): 183
盲孔数:
  第1层至第2层(drl12): 17
微孔数: 17
  微孔孔径(in): 0.005

容差
Parameter Tolerance (in)
Board Dimensions ±0.010
Plated-Thru Holes ±0.003
Pattern to Pattern ±0.005
Solder Mask to Pattern ±0.005
Legend to Legend ±0.007

钻孔表在钻孔图中给出。

文件名称及说明
File Name Description
art01.pho Layer 1: Photo of Layer Copper
art01.rep Layer 1: Photo-Plotter Apertures Report
art02.pho Layer 2: Photo of Layer Copper
art02.rep Layer 2: Photo-Plotter Apertures Report
art03.pho Layer 3: Photo of Layer Copper
art03.rep Layer 3: Photo-Plotter Apertures Report
art04.pho Layer 4: Photo of Layer Copper
art04.rep Layer 4: Photo-Plotter Apertures Report
dd0124.pho Drill Drawing Photo
dd0124.rep Drill Drawing Report
drl12.drl Layer 1 to Layer 2 Drill File
drl12.lst Layer 1 to Layer 2 Drill Location Listing
drl12.rep Layer 1 to Layer 2 Drill Size Report
drl14.drl Layer 1 to Layer 4 Drill File
drl14.lst Layer 1 to Layer 4 Drill Location Listing
drl14.rep Layer 1 to Layer 4 Drill Size Report
smb0428.pho Bottom Solder-Mask Photo
smb0428.rep Bottom Solder-Mask Report
smt0121.pho Top Solder-Mask Photo
smt0121.rep Top Solder-Mask Report
ssb0429.pho Bottom Silk-Screen Photo
ssb0429.rep Bottom Silk-Screen Report
sst0126.pho Top Solder-Mask Photo
sst0126.rep Top Solder-Mask Report

¹互联网上有许多免费的Gerber文件浏览器可下载。