切换模式电源(SMPSs)若想兼顾效能与稳定性，印刷电路板(PCB)配置格外重要，却常未受重视，配置若是出错，将会导致种种问题，例如输出电压稳压效果不佳、切换异常，甚至是装置故障。由于修理过程常得调整 PCB设计，应尽可能避免此类问题发生，不过如果在订购 PCB之前，能够先花时间思考配置流程，这些缺点即可轻松克服。本文介绍五项简易步骤，协助各位下回设计降压转换器的 PCB设计配置时，能够迅速淮备好生产原型。

 

设计服务器、平板电脑、电子终端机时，若希望风险能降至最低，最好能直接复制评估模组或产品说明书中的 PCB设计配置范例，但许多原因都会形成阻力，本文为此详述 PCB设计配置的五个步骤，适用于任何 TPS62xxx 内建开关的降压转换器。内部 MOSFETs 与内建回路补偿电路可降低 PCB设计配置所需难度与时间，进而大幅简化装置内的 PCB设计配置。做为范例的 TPS62130A降压转换器弹性极佳，可用于上述任一应用，图一为典型电路的完成简图。

图一 电压从 12-V 降至 3.3-V 所用的 TPS62130A 电路

 

第一步：设置与连结输入电容

降压转换器若要稳定运作，输入电容是最重要的单一元件，因此在配置顺序上应仅次于晶片，且应立刻连结电容与晶片，避免路径受到阻碍，由于 V= L×dI/dt 的切换，在电源与接地的输入电容终端之间产生额外寄生电感，以及晶片的 PVIN 与 PGND 终端之间出现过量电压突增，都可能导致晶片故障。

依据制造原则，尽可能缩短输入电容与晶片的配置距离，并以平面连结输入电容终端与晶片终端，因为平面连结又宽又短，可降低走线电感；增加通孔连结系统输入电压与接地，不过因为重要性较低，可留待第五步再执行。图二示范输入电容与晶片正确配置及连结方式，以TPS62130A 的脚位为基础(U1 与 U11)，输入电容共有两项可接受的配置方式(C1 与 C11)，晶片的接脚一位于右下角。

图二 降低电压突增的晶片与输入电容配置与电路

 

第二步：设置与连结电感与 SW 节点缓冲

电感与 SW 节点缓冲 (若有需要) 的配置与连结也很重要，有时电路板内需要设置缓冲电路，藉由减缓 SW 节点的升降时间，减少 SMPS 的电磁干扰，但也因此增加切换损耗与降低效能。SW 节点电压从输入电压至接地的升降时间非常短，也是 SMPS 的电磁干扰主要来源，现代SMPS 通常内含减少电磁干扰的技术，例如此时在 PCB设计配置中设置电阻/电容(RC)缓冲，建立SW 与 PGND 接脚的最短连结，也将寄生电感降至最低。[1]

为减少辐射 EMI，让电感尽可能接近晶片，SW 节点铜片尽量减少，连结至 SW 节点的铜片为寄生电容，此项电容为杂讯藕合路径，因为缩小 SW 节点尺寸，电容片与藕合能降至最小；依据需求旋转电感，不仅能缩小 SW 节点尺寸，亦便于连结至输出电容(第三步)。图三说明从 SW至 PGND 的范围内，在有无 RC 缓冲(R14 与 C15)条件下的电感适当配置点(L1 与 L11)。

图三 为降低 EMI 的电感与 RC 缓冲配置及连结

 

第三步：设置与连结输出电容与 VOS 接脚

输出电容为电源元件连结的最后一项(内部 MOSFET、输入电容、输出电容、电感、非必要缓冲)，这是系统连结至电源接地终端的最后元件，以缩短电感连至电源接地的距离，输出电容若配置不当，常会造成输出电压稳压效果不佳。

每项电源元件设置及连结时，都希望路径愈短愈好，回路区域缩小可提升 SMPS 运作，且其中不应使用任何通孔，因为通孔会大幅提高走线电感，在特定案例中，SW 节点连线可能会使用通孔，请见文末的特殊考量。

 

VOS 输入接脚是最重要的小讯号连接，若是处理不当或杂讯太多，可能导致输出电压稳压不良、切换跳动，甚至是晶片故障，经过连线安排后，VOS 接脚的重要性优于其他讯号路由，VOS 接脚走线应简短，并直接连至输出电容，因为 TPS62130A 具备接脚，可用两项通孔与专用走线，连接 VOS 接脚与输出电容，因此优于电路内其他电源元件。

为降低杂讯拾起，两项通孔应与其他连接隔绝，只接触 VOS 接脚与顶层的输出电压平面。不要将 TPS62130A 的 VOS 接脚直接连至顶层，否则会影响更重要的 PGND 连接。图四说明 C2与 C12 输出电容的适当设置及连结方式，以及底部 VOS 接脚连结的适当途径。

图四 输出电容与 VOS 接脚稳压良好的 PCB 设置及路径

 

第四步：设置与连结小讯号元件

类比及数位元件只要与电源转换无直接关联，均可称为小讯号元件，例如 FB 接脚分压器、软启动电容，以及所有小数值的去藕电容(如 0.1 µF)，相较于电源元件及其节点会产生杂讯，类比小讯号元件对杂讯很敏感，让每个元件设置点接近晶片，并使用直接且短的路径，可降低杂讯敏感度。

FB 节点尺寸更要尽量缩小，以减少杂讯拾取，并提供良好输出电压稳压；使用共同类比或宁静接地，将所有元件设置在 PCB 的同一侧，降低连结难度。小讯号元件若设置不良，常见问题包括输出电压稳压不佳、软启动不稳定、装置运作问题等。

EN 及 PG 接脚电路等数位讯号的设置及连结重要性最低，因此可最后再进行，数位接脚的阻抗源极通常很低，上拉电阻或下拉电阻可设置于讯号路径各处，不需接近 SMPS。图五说明小讯号元件的适当设置及路径，包括 FB 电阻(R1、R2 及 R11、R12)、SS/TR 电容(C4 与 C14)、AVIN 去藕电容(C3 与 C13)、PG 接脚上抗电阻(R3 与 R13)。

 

第五步：制作单点接地，连结至系统其他区块

接地设计一定要参考产品说明书的建议，代表杂讯较多的电源元件设有一项接地，较宁静的小讯号元件另设接地，若遵循上述建议及步骤，相关设置作业已完成。接下来，两项接地会在同一点交集，通常位于晶片下方的散热片，而散热片也应接地。

图五 数位与小讯号元件配置及路径
 

以图五为例，接地唯一需调整处，只有在 PGND 接脚及散热片之间加上铜片，TPS62130A 产品说明书里，更进一步强制要求这项连结，否则可能产生杂讯问题，例如输出电压稳压不良，或是数位输入接脚的逻辑等级不足，这些问题都是操作时接地之间电压位移所致，接地若能妥善连接，亦可增进装置散热能力。

 

接地设计完成后，必须将此电路连接至系统其他区块，例如透过通孔完成，因为输入电压、输出电压及接地一般都连至内部 PCB 层的平面，再抵达各个电路，通孔从接地开始，最好设置在晶片正下方，则散热片可将热能传导致 PCB 层，以达到晶片最佳热能表现。

通孔一般也位于输入及输出电容的接地终端，通常不建议在安静接地元件的系统接地平面里设置通孔，因为可能导致网路内出现接地平面的杂讯，这些接地最好直接连回 AGND 接脚，做为导热片的单一连接点。

若要将输入与输出电压连回系统，也需要通孔，通孔最好能设计于电路之外，而非输入电容与晶片之间，以免阻挡元件之间的重要路由，若要计算通孔的必要数量，基本原则为每安培电流使用一个通孔，不过若空间许可，通孔愈多愈好，配置成品如图六。

图六 使用通孔及单点接地的 PCB 成品配置及路径

 

特殊考量

请记得阅读装置说明书，以了解特定建议配置及范例，对多数装置配置而言，其中说明与范例均已足够，在 TPS62360 等晶圆晶片级封装(WCSP)里，偶尔会出现令人困惑的配置，在许多WCSP 降压转换器中，晶片接脚将 SW 接脚置于 VIN 与 PGND 接脚之间，若遵循第一步，除非 SW 接脚从输入电容下方绕道，否则输入电容将挡住 SW 接脚，有些设计人员排斥这种作法，

因为走线必须相当薄，才能在输入电容等小元件终端之间相连，如图七。

图七 TPS62360 的 WCSP 封装建议配置 [2]
 

理想的 PCB设计配置方式是将 SW 接脚连结至输入电容之下，如图七，SW 走线既薄又短，确保SW 节点尺寸轻巧，在第二步骤之后降低电磁干扰。

若无法建立此项走线，则可利用通孔连结 SW 接脚与电感，虽然这项通孔与较长连结会产生额外电磁干扰，但因为寄生电感与其他电感串联，故这些通孔增加的电感影响不大，相较于移动输入电容的理想位置，建议在此路径使用通孔。

 

结论

设计 SMPS 的 PCB设计配置时，请务必参考装置说明书与评估模组内的范例与建议，若无法完全复制或无可参考依据时，可藉由五项简易步骤，制作优质的降压转换器：

1. 设置与连结输入电容；

2. 设置与连结电感与 SW 节点缓冲；

3. 设置与连结输出电容与 VOS 接脚；

4. 设置与连结小讯号元件；

5. 制作单点接地，连结至系统其他区块。

若遵循上述步骤，将为服务器、平板电脑、电子终端机等使用降压转换器的系统，提供健全设计与优越表现。