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如何正確使用帶有接地層的開關(guān)穩(wěn)壓器?

發(fā)布時間:2021-03-18 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】平時是如何使用帶有模擬接地層(AGND)和功率接地層(PGND)的開關(guān)穩(wěn)壓器的?如果習(xí)慣于處理數(shù)字接地層和模擬接地層,在涉及功率GND時,有木有手足無措的感覺呢?
     
平時是如何使用帶有模擬接地層(AGND)和功率接地層(PGND)的開關(guān)穩(wěn)壓器的?如果習(xí)慣于處理數(shù)字接地層和模擬接地層,在涉及功率GND時,有木有手足無措的感覺呢?
 
PGND是較高脈沖電流流經(jīng)的接地連接。根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這表示通過功率晶體管的電流或功率驅(qū)動器級的脈沖電流。對于帶有外部開關(guān)管的開關(guān)控制器,該接地層尤為重要。
 
AGND有時被稱為SGND(信號接地層),是其他信號用作參照的接地連接,通常十分平靜。該接地層包括調(diào)節(jié)輸出電壓所需的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。軟啟動和使能電壓也以AGND連接為參照。
 
關(guān)于這兩種接地連接的處理,有兩種不同的技術(shù)觀點,因此專家的意見也產(chǎn)生了分歧。
 
根據(jù)其中一種觀點,開關(guān)穩(wěn)壓器IC上的AGND和PGND連接應(yīng)該在各自引腳旁相互連接。這樣一來,兩個引腳之間的電壓偏移保持在相對較低的水平。因此可以保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器IC免受干擾,進(jìn)而免遭破壞。電路的所有接地連接和可能的接地層將以星型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)連接到該公共點。
 
圖1所示為該觀點的實現(xiàn)示例。此處顯示了LTM4600的電路板布局。電路板上的獨立接地連接彼此靠在一起(請參見圖1中的藍(lán)色橢圓形)。由于芯片和外殼之間的各自焊線的寄生電感,以及各自引腳的電感,因此已經(jīng)存在一定程度的PGND和AGND去耦,這導(dǎo)致芯片上電路之間存在少量相互干擾。
 
如何正確使用帶有接地層的開關(guān)穩(wěn)壓器?
圖1. 焊接觸點處PGND和AGND的局部連接。
 
另一種觀點是將電路板上的AGND與PGND分開,形成兩個單獨的接地層,在某一點相互連接。通過這種連接,干擾信號(電壓偏移)主要出現(xiàn)在PGND區(qū)域,而AGND區(qū)域的電壓仍非常平靜,并很好地從PGND去耦。然而,根據(jù)脈沖電流瞬變和電流強(qiáng)度情況,各自引腳上的PGND與AGND之間可能存在明顯的電壓偏移。這可能會導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器IC無法正常工作,甚至損壞。圖2所示為該觀點的實現(xiàn)方案。該示例采用一款6 A降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器ADP2386。
  
如何正確使用帶有接地層的開關(guān)穩(wěn)壓器?
圖2. 分開的AGND和PGND在接地標(biāo)簽下方利用過孔連接。
 
結(jié)論
 
說到底,接地問題其實就是權(quán)衡利弊:分開兩個接地層具有隔離噪音和干擾的優(yōu)勢;但兩個接地層之間可能會產(chǎn)生電壓偏移,從而存在損壞芯片并影響功能的風(fēng)險。權(quán)衡利弊后,最終決策正確與否主要取決于IC設(shè)計,包括開關(guān)轉(zhuǎn)換速度、功率電平、焊線和IC封裝上的寄生電感、每個IC設(shè)計的閂鎖風(fēng)險(涉及不同的半導(dǎo)體工藝)。
 
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