DC-DC的Layout要点(3)

DC-DC-25---DC-DC的Layout要点

引言：DC-DC的布局布线少不了要使用过孔和铜皮，过孔和铜皮的相关寄生参数对于功率布局走线需要格外注意，本节简述过孔铜箔的相关参数估算以及使用注意点。

1.铜箔的阻抗

图25-1表示单位面积铜箔的阻抗值。通常为厚35um、宽1mm、长1mm铜箔面积的阻抗值。通常可利用下列公式进行阻抗计算：

l ∶ 导线的长度 [mm]

w ∶ 导线的宽度 [mm]

t ∶ 铜箔的厚度 [um]

p ∶ 铜的电阻率 [uΩcm]

T ∶ 温度

根据从图25-1读取到的每单位面积的阻抗值RP来计算，结果如下：

RP ∶ 从曲线中读取的阻抗值 [mΩ]

l ∶ 导线的长度 [mm]

w ∶ 导线的宽度 [mm]

t ∶ 铜箔的厚度 [um]

比如25°C时，宽3mm、长50mm的铜箔的阻抗值，可以根据下列计算得出是8.17mΩ。

根据该阻抗值，流过3A电流时的压降为24.5mV，当温度上升至100℃时，阻抗值增加29%，压降也增加至31.6mV。

图25-1：单位面积铜箔的阻抗值

2.铜箔的感抗

铜箔的感抗可以用以下公式表示。从公式可以看出，PCB布线的感抗值几乎不依赖于铜箔的厚度。

l ∶ 导线的长度 [mm]

w ∶ 导线的宽度 [mm]

t ∶ 铜箔的厚度 [um]

图25-2表示的是铜箔感抗的计算值。从图表可以看出，即使线宽增加2倍，电感值也不会降低到理想状态。想要抑制寄生电感的影响，缩短布线长度是最好的解决办法。假设电感值L[H]在电路板布线上的流过的电流在时间t[s]之内的变化量为i[A]，则将在其电路板布线的两端产生以下电压。

例如在寄生电感值为6nH的电路板布线上，在10ns内流过了2A的电流时，将产生以下电压：

图25-2：铜箔的感抗

3.过孔的阻抗

过孔的阻抗值用以下公式表示。图25-3表示的是板厚1.6mm、镀层厚0.015mm (15um) 条件下过孔的阻抗值。

h ∶ 板厚 [mm]

d ∶ 过孔直径 [mm]

tm∶通孔镀层厚度[mm]

p ∶铜的电阻率[uΩcm]

T ∶ 温度

图25-3：过孔的阻抗

4.过孔的感抗

根据Howard W. Johnson的方法，过孔的感抗值按以下公式表示。图25-4显示了计算结果。

h∶ 板厚[mm]

d ∶ 过孔直径[mm]

感抗值虽然很小，但布线呈直角时会导致EMI恶化。

图25-4：过孔的感抗

5.过孔的容许电流

过孔的直径乘以π后的值相当于线宽，可以根据图25-5中导体的电流导致的温度上升图表推测出过孔的容许电流值，但是由于过孔的镀层厚度只有18um，容许电流能力要低于图表所示镀层厚度为35um的导线。

图25-5：镀层厚度、导线宽度、电流导致的温升

在前述布线项中，曾建议在镀层厚度为35um时，按照1A电流使用1mm以上宽度的导体进行布线，但是因为过孔的镀层厚度只有一半，所以建议按照1A电流使用2mm以上宽度的导体进行布线。图25-6是容许电流的示例，请根据使用用途配置过孔的个数，确保容许电流、阻抗、感抗满足规格要求。

图25-6：容许电流

6. 拐角布线

如果将拐角布线折为直角，阻抗将在拐角处发生变化，这会导致电流波形紊乱，产生被称为“反射”的波形畸变。开关节点等频率较高的布线EMI可能会恶化。如图25-7所示，尽量将拐角处做45°折线或者圆弧弯曲状处理，弯曲的半径越大，阻抗的变化越小。

图25-7：拐角布线