应用笔记 5608

MAX20021/MAX20022 PCB布局指南

By: Jon Wallace

摘要 : 本应用笔记解释如何设计用于车载供电的四通道电源管理IC(PMIC) MAX20021/MAX20022,在降低辐射的同时获取最佳性能。文中给出了电源管理电路的四层板设计布局。

引言

合理的PCB布局至关重要,尤其是在高频开关型稳压器(例如,MAX20021/MAX20022)的设计中。经过优化的PCB布局可以提供干净的输出,并简化电磁干扰(EMI)测试中的调试工作。本文介绍了一些优化电路布局的关键区域,确保提供最佳性能。

总体布局设计指南

  • 使输入电容(C5-C8)、电感(L1-L4)和输出电容(C1-C4)形成的环路面积保持最小。
  • VA输出电容(C9)尽可能靠近引脚26 (VA和引脚24(GND)放置,电容与引脚之间不要有过孔。该引脚为IC的模拟供电输入,引线上产生的任何电感都将增加模拟噪声,从而增大LX[1:4]的输出抖动。
  • 优先使用尽可能短的走线。

优化AC-DC电流通路

为降低电磁辐射,MAX20021/MAX20022外围的无源元件布局非常关键。存在电流阶跃变化的路径称为交流路径,出现在开关通/断操作的时刻。开关接通/断开(ON/OFF)之后,电流流过的路径为直流路径。

交流路径

MAX20021同步整流DC-DC转换器每路输出的开关电流路径上具有三个无源器件(C1、C5、L1)。这三个元件对电磁辐射和器件性能的影响非常大。图1图2所示为OUT1在ON/OFF期间的开关电流路径;图3为两个电流路径的差异,具有最大di/dt。应优先考虑C5的布线,其次是L1和C1布线。
Figure 1. OUT1 current flow with PMOS ON.
图1. PMOS导通时OUT1的电流路径。
Figure 2. OUT1 current flow with DMOS ON.
图2. DMOS导通时OUT1的电流路径。
Figure 3. OUT1 AC current flow showing difference.
图3. OUT1交流路径差异。

扩频

如果改善布线无法通过用户的辐射标准测试,可以定制具有时钟扩频的MAX20021/MAX20022产品,扩频器件与标准版本器件相比,能够使FM频带的噪声降低12dB。有关定制扩频器件的流程,请参考器件数据表的相关说明。

举例:四层PCB设计布局

图4图7是根据上述布线指南制作的四层板示意图。
Figure 4. Example of a four-layer PCB layout—top layer.
图4. 四层板布线–顶层
Figure 5. Example of a four-layer PCB layout—PGND layer.
图5. 四层板布线–PGND层
Figure 6. Example of a four-layer PCB layout—VSUP layer.
图6. 四层板布线–VSUP层
Figure 7. Example of a four-layer PCB layout—bottom layer.
图7. 四层板布线-底层

结论

针对开关稳压器MAX20021/MAX20022 (图8)的外围元件进行合理布局,有助于从源头降低噪声和电磁辐射,节约项目评估阶段的宝贵时间,缩短产品研发周期。
表一. 元器件列表
Designation Qty Description
C1–C4 4 10µF, 10V ±10% X7R 1206 ceramic capacitor
C5–C8 4 2.2µF, 10V ±10% X7R 0603 ceramic capacitor
C9 1 470nF, 10V ±10% X7R 0402 ceramic capacitor
R1–R4 1 20kΩ ±1% 0402 resistors
L1–L4 4 MTD2520–CN1R5M 1.5µH inductor
U1 1 MAX20021/MAX20022 quad, low-voltage DC-DC converters
Figure 8. Schematic diagram used for PCB layout.
图8. PCB布板原理图