在開關(guān)電源領(lǐng)域，升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器(Boost Converter)憑借其獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能輕松實(shí)現(xiàn)低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、新能源汽車、工業(yè)控制系統(tǒng)等場景。然而，看似簡單的電路拓?fù)洌艚拥卦O(shè)計(jì)不合理，輕則導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降、輸出紋波增大，重則引發(fā)電磁干擾(EMI)超標(biāo)，甚至燒毀元器件?？梢哉f，接地設(shè)計(jì)是升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器PCB布局的“核心密鑰”，直接決定了電路的最終性能。

一、接地的本質(zhì)：信號與噪聲的博弈場

1. 接地的雙重角色

接地在電路中扮演著雙重角色：一方面，它是所有信號的參考電位，為電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓;另一方面，它是噪聲電流的主要通路，若接地設(shè)計(jì)不當(dāng)，噪聲會在接地回路中傳播，干擾正常信號的傳輸。在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器中，存在著高頻開關(guān)噪聲、大電流紋波噪聲等多種噪聲源，這些噪聲會通過接地回路耦合到控制電路和輸出端，影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 接地阻抗的隱性影響

很多工程師在接地設(shè)計(jì)時(shí)，往往只關(guān)注接地的導(dǎo)通性，而忽略了接地阻抗的影響。實(shí)際上，即使是看似“良好”的接地，也存在一定的電阻和電感。在高頻情況下，接地電感的影響尤為顯著，電感的感抗會隨著頻率的升高而增大(XL=2πfL)，導(dǎo)致接地回路的阻抗增加。當(dāng)高頻噪聲電流流過接地回路時(shí)，會在接地阻抗上產(chǎn)生壓降，形成干擾信號，影響電路的正常工作。

在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)管的開關(guān)頻率通常在幾十kHz到幾MHz之間，此時(shí)接地電感的感抗不可忽視。例如，一段長度為10cm、寬度為1mm的接地走線，其電感約為100nH，當(dāng)頻率為1MHz時(shí)，感抗約為0.6Ω，若有1A的高頻噪聲電流流過，會產(chǎn)生0.6V的壓降，這足以干擾控制芯片的正常工作。

二、接地設(shè)計(jì)的核心原則：分區(qū)、短路徑與低阻抗

1. 分區(qū)接地：隔離噪聲與信號

在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的PCB布局中，分區(qū)接地是最基本的原則。根據(jù)電流的類型和大小，通常將接地分為電源地(PGND)和模擬地(AGND)：

電源地(PGND)：主要承載大電流和高頻開關(guān)噪聲，包括輸入電源地、開關(guān)管地、電感地、二極管地等。這些地線上的電流變化劇烈，噪聲較大，需要與其他接地嚴(yán)格隔離。

模擬地(AGND)：主要承載控制芯片的信號地、反饋信號地等小信號電流。這些地線上的電流較小，信號靈敏度高，容易受到噪聲干擾，需要保持純凈。

分區(qū)接地的關(guān)鍵是避免不同類型的接地相互交叉和耦合。電源地和模擬地應(yīng)分別布線，最后在一點(diǎn)(通常在控制芯片的地引腳處)連接，形成“單點(diǎn)接地”結(jié)構(gòu)。這樣可以避免大電流回路的噪聲通過接地回路耦合到模擬信號回路中，提高電路的抗干擾能力。

2. 短路徑設(shè)計(jì)：減少噪聲的傳播路徑

接地路徑的長度直接影響接地阻抗和噪聲的傳播。在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器中，大電流接地回路的走線應(yīng)盡量短、寬，減少走線電阻和電感帶來的損耗和噪聲。同時(shí)，高頻噪聲源(如開關(guān)管、電感)的接地路徑應(yīng)最短，確保噪聲電流能快速流入地，減少對外的輻射。

例如，開關(guān)管的漏極和源極的接地走線應(yīng)直接連接到電源地，避免繞路;電感的接地引腳應(yīng)靠近開關(guān)管的源極，形成最短的接地回路。此外，輸出電容的接地走線也應(yīng)盡量短，以快速抑制輸出紋波。

3. 低阻抗接地：降低噪聲的影響

降低接地阻抗是減少噪聲影響的關(guān)鍵。除了縮短接地路徑的長度外，還可以通過以下方式降低接地阻抗：

增加走線寬度：接地走線的寬度越大，電阻越小，電感也越小。在大電流回路中，接地走線的寬度應(yīng)根據(jù)電流大小確定，一般來說，每安培電流對應(yīng)的走線寬度不小于1mm。

采用多層板：多層板可以在內(nèi)部設(shè)置完整的接地層，為高頻信號提供低阻抗的接地路徑。接地層的阻抗通常比走線低幾個(gè)數(shù)量級，能有效抑制噪聲的傳播。

多點(diǎn)接地：在高頻情況下，多點(diǎn)接地可以降低接地電感的影響。但需要注意的是，多點(diǎn)接地容易形成接地環(huán)路，導(dǎo)致噪聲在環(huán)路中傳播，因此在低頻回路中應(yīng)避免使用。

三、實(shí)戰(zhàn)技巧：接地設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)處理

1. 電源地的布局策略

電源地是升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器中噪聲最集中的區(qū)域，其布局策略直接影響電路的噪聲水平。在電源地的布局中，應(yīng)遵循以下原則：

整體鋪地：電源地應(yīng)采用大面積鋪銅的方式，形成完整的接地平面，為大電流提供低阻抗的通路。同時(shí)，鋪銅可以增加散熱面積，降低元器件的溫度。

避免分割：除非特殊需求，電源地應(yīng)盡量避免分割。分割電源地會增加接地回路的長度和阻抗，導(dǎo)致噪聲和損耗增加。如果必須分割，分割線應(yīng)盡量窄，且避免與大電流回路交叉。

過孔連接：在多層板中，頂層電源地與內(nèi)層接地層的連接應(yīng)通過多個(gè)過孔實(shí)現(xiàn)，降低連接阻抗。過孔的數(shù)量應(yīng)根據(jù)電流大小確定，一般每安培電流對應(yīng)至少1個(gè)過孔。

2. 模擬地的純凈保障

模擬地的純凈度直接影響控制芯片的工作穩(wěn)定性和輸出電壓的精度。在模擬地的布局中，應(yīng)采取以下措施：

單獨(dú)布線：模擬地應(yīng)單獨(dú)布線，避免與電源地和其他高頻信號走線交叉。模擬地的走線應(yīng)盡量短、寬，減少噪聲的耦合。

星型接地：控制芯片的地引腳、反饋電阻的地引腳、補(bǔ)償電容的地引腳等應(yīng)通過星型結(jié)構(gòu)連接到模擬地，避免不同信號的接地電流相互干擾。

遠(yuǎn)離噪聲源：模擬地的布線應(yīng)遠(yuǎn)離電感、開關(guān)管等噪聲源，避免噪聲通過電磁耦合干擾模擬信號。如果無法避免，應(yīng)在兩者之間設(shè)置屏蔽層，隔離噪聲。

3. 接地連接的單點(diǎn)匯聚

在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器中，電源地和模擬地最終需要連接在一起，形成整個(gè)電路的公共地。連接點(diǎn)的選擇至關(guān)重要，直接影響電路的噪聲水平。理想的連接點(diǎn)應(yīng)選擇在高頻噪聲較小的區(qū)域，如輸出電容附近。

連接時(shí)，應(yīng)使用短而寬的走線，避免形成環(huán)路。同時(shí)，連接點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制芯片的地引腳，確?？刂菩酒膮⒖茧娢环€(wěn)定。此外，還可以在連接點(diǎn)處添加磁珠或電感，進(jìn)一步抑制高頻噪聲的傳播。

四、常見誤區(qū)：接地設(shè)計(jì)的“陷阱”

1. 片面追求大面積鋪地

很多工程師認(rèn)為鋪地面積越大越好，會無差別地在PCB上大面積鋪地。實(shí)際上，這種做法可能會適得其反。如果鋪地與信號線的距離過近，會增加信號線與地之間的電容，導(dǎo)致信號的傳輸延遲增加;如果鋪地沒有形成完整的回路，反而會成為噪聲的接收天線，增加EMI的輻射。

2. 忽略接地回路的電感

在低頻電路中，接地回路的電感可以忽略不計(jì)，但在高頻開關(guān)電源中，接地回路的電感是導(dǎo)致噪聲的主要原因之一。很多工程師在布線時(shí)，只關(guān)注走線的電阻，而忽略了走線的電感。實(shí)際上，在高頻情況下，電感的影響遠(yuǎn)大于電阻。例如，一段長度為10cm的走線，其電阻約為0.01Ω，而當(dāng)頻率為1MHz時(shí)，電感的感抗約為0.6Ω，是電阻的60倍。

3. 單點(diǎn)接地的誤用

單點(diǎn)接地是抑制低頻噪聲的有效方法，但在高頻情況下，單點(diǎn)接地會導(dǎo)致接地阻抗增加，反而會加劇噪聲的傳播。很多工程師不分頻率，盲目采用單點(diǎn)接地，導(dǎo)致電路的高頻性能下降。實(shí)際上，在高頻情況下，應(yīng)采用多點(diǎn)接地或混合接地的方式，降低接地阻抗，抑制噪聲的傳播。

五、總結(jié)：接地是設(shè)計(jì)，不是隨便連接

升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的接地設(shè)計(jì)，不僅僅是簡單的連接地線，而是一門涉及電磁學(xué)、信號完整性、熱設(shè)計(jì)等多學(xué)科的學(xué)問。一個(gè)優(yōu)秀的接地設(shè)計(jì)，能有效抑制噪聲的傳播，提高電路的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，降低EMI的輻射。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從接地的本質(zhì)出發(fā)，遵循分區(qū)、短路徑、低阻抗的核心原則，結(jié)合電路的實(shí)際需求，制定合理的接地方案。同時(shí)，要避免陷入常見的接地誤區(qū)，通過仿真和實(shí)驗(yàn)不斷優(yōu)化接地設(shè)計(jì)。只有這樣，才能打造出高性能、高可靠性的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。