一引言

在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的過程中，帶有模擬接地層(AGND)和功率接地層(PGND)的開關(guān)穩(wěn)壓器地如何處理，是工程師經(jīng)常遇到的問題。很多工程師能很好的處理數(shù)字接地層和模擬接地層；然而，涉及到功率地（PGND）時(shí)，他們的經(jīng)驗(yàn)往往會(huì)失效。設(shè)計(jì)師通常會(huì)直接復(fù)制所選開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局，不再思考這個(gè)問題。

二概念

在設(shè)計(jì)過程中，我們建議將所有電源和信號(hào)路徑的正向和返回電流分三步繪制。步驟 1：在電氣原理圖本身上繪制這些完整的路徑（回路）。第二步：在PCB板布局上畫出這些完整的路徑（回路）。步驟 3：最小和優(yōu)化 PCB 布局中的環(huán)路面積（和不連續(xù)性）。

1、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(dòng)器級(jí)的脈沖電流。對(duì)于帶有外部開關(guān)管的開關(guān)控制器，該接地層尤為重要。

2、AGND有時(shí)被稱為SGND（信號(hào)接地層），是其他信號(hào)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(dòng)和使能電壓也以AGND連接為參照。

圖1 地是設(shè)備內(nèi)各電路的電壓參考點(diǎn)

關(guān)于這兩種接地連接的處理，有兩種不同的處理方式，因此大家的意見也產(chǎn)生了分歧。

三處理方式

1.處理方式（1）

開關(guān)穩(wěn)壓器IC上的AGND和PGND連接在各自引腳旁相互連接。這樣一來，兩個(gè)引腳之間的電壓偏移保持在相對(duì)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(diǎn)。

圖2. 焊接觸點(diǎn)處PGND和AGND的局部連接

圖2所示為實(shí)現(xiàn)示例。此處顯示了LTM4600的電路板布局。這是一款10 A降壓型微型模塊。電路板上的獨(dú)立接地連接彼此靠在一起（請(qǐng)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。

2、處理方式（2）

將電路板上的AGND與PGND分開，形成兩個(gè)單獨(dú)的接地層，在某一點(diǎn)相互連接。通過這種連接，干擾信號(hào)（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(huì)導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器IC無法正常工作，甚至損壞。

圖3. 分開的AGND和PGND在接地標(biāo)簽下方利用過孔連接

圖3 所示為該觀點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方案。該示例采用一款6 A降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器ADP2386

說到底，接地問題其實(shí)就是權(quán)衡利弊：分開兩個(gè)接地層具有隔離噪音和干擾的優(yōu)勢(shì)；但兩個(gè)接地層之間可能會(huì)產(chǎn)生電壓偏移， 從而存在損壞芯片并影響功能的風(fēng)險(xiǎn)。權(quán)衡利弊后，最終決策正確與否主要取決于IC設(shè)計(jì)，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(gè)IC設(shè)計(jì)的閂鎖風(fēng)險(xiǎn)（涉及不同的半導(dǎo)體工藝）。

四結(jié)論

關(guān)于如何處理AGND和PGND接地的問題，并沒有簡(jiǎn)單的答案。所以相關(guān)討論仍在繼續(xù)。前面我提到，許多開關(guān)穩(wěn)壓器用戶都采用IC制造商提供的示例電路中的電路板布局和接地連接類型。這 樣做很有用，因?yàn)槟ǔ？梢约僭O(shè)制造商也利用該配置對(duì)各IC進(jìn) 行了測(cè)試。而且，在圖1和圖2提供的示例中可以看到，各自的IC 引腳排列適用于PGND和AGND旁的局部接地連接，或者適用于單獨(dú)接地。

當(dāng)然，IC制造商在設(shè)計(jì)示例電路時(shí)可能會(huì)出錯(cuò)。所以，最好進(jìn)一步了解相關(guān)基本原理的更多信息。

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原文標(biāo)題：功率地和模擬地處理方法探討

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審核編輯：湯梓紅