BUCK 電路的紋波噪聲主要源于其工作原理中的開關動作。當電路中的開關管(如 MOS 管)導通和關斷時，電感電流會發(fā)生變化，導致輸出電壓產生波動，這便是輸出電壓紋波的主要成因。同時，電路中的寄生電感和電容，如 PCB 走線電感、MOS 管引線電感以及電感的寄生電容等，在開關切換瞬間會形成 LC 振蕩，進而產生高頻噪聲。例如，在 MOS 管關閉時，其 CDS 寄生電容與寄生電感相互作用，引發(fā)高頻振蕩，這些噪聲通過各種途徑耦合到輸出端，疊加在輸出電壓上，嚴重影響電源的穩(wěn)定性和純凈度。

PCB 布局優(yōu)化策略

減小輸入高 di/dt 回路

在 BUCK 電路中，輸入回路由輸入電容 CIN、上管 HS 和下管 LS 組成。HS 和 LS 的頻繁開關動作使得輸入環(huán)路電流呈現(xiàn)非連續(xù)性，這極易引起 SW 節(jié)點電壓的振蕩。輸入環(huán)路面積越大，振蕩就越劇烈，不僅會增加開關管的電壓應力，還會導致更多的噪聲產生。因此，在 PCB 布局時，應將輸入電容盡可能靠近 HS 和 LS，以確保輸入環(huán)路最小化。通過這種方式，可有效降低開關節(jié)點 SW 的振蕩幅度，從而減少紋波噪聲的產生。例如，在一些實際設計中，將輸入電容從距離開關管較遠的位置調整到緊密相鄰，開關節(jié)點 SW 的振蕩明顯減弱，輸出紋波噪聲也隨之降低。

合理規(guī)劃輸出電容位置

輸出電容在平滑輸出電壓、降低紋波方面起著關鍵作用。然而，多個電容并聯(lián)時，若布局不當，會引入額外的寄生電感和電阻，反而影響濾波效果。在布局輸出電容時，應將其放置在不與輸入電容切換路徑發(fā)生重疊的地方，避免高頻噪聲串入輸出電壓中。同時，要盡量使多個輸出電容靠近負載，以減少寄生電感的影響。此外，在實際布局中，還需注意電容的排列方式，避免因電容之間的相互耦合而產生新的噪聲源。例如，采用交錯排列的方式，可有效減少電容之間的耦合效應。

優(yōu)化開關節(jié)點和敏感電路布局

開關切換節(jié)點和 BOOT 引腳在工作時含有很高的電壓變化率 dV/dt，會導致嚴重的電場輻射。因此，其銅箔面積應當保持最小化，并且要避開其它敏感電路。在布局時，可在開關節(jié)點和敏感電路之間設置隔離帶，或者通過合理的布線方式，將開關節(jié)點的布線與敏感電路的布線分開，避免相互干擾。同時，對于開關節(jié)點的布線，應盡量縮短其長度，減少寄生電感和電容的影響。例如，在一些對噪聲要求極高的電路中，采用多層 PCB 設計，將開關節(jié)點的布線單獨放在一層，并通過接地層進行隔離，有效降低了電場輻射對敏感電路的干擾。

布線設計要點

控制布線長度和寬度

在 PCB 布線中，布線長度和寬度對電路的性能有著重要影響。對于承載大電流的布線，如電感的連接線路，應盡量縮短其長度，以減小寄生電感。同時，適當增加布線寬度，可降低線路電阻，減少功率損耗和電壓降。例如，在設計電感的連接線路時，將原本較長的布線縮短，并將寬度從 0.5mm 增加到 1mm，電感電流的紋波明顯減小，輸出電壓的穩(wěn)定性得到顯著提升。

避免布線交叉和銳角

布線交叉和銳角會增加寄生電感和電容，導致信號傳輸過程中的反射和干擾，從而影響電路的性能。在布線時，應盡量避免布線交叉，對于無法避免的交叉情況，可采用過孔或跳線的方式進行連接。同時，布線應采用圓角或 45 度角，避免出現(xiàn)銳角。例如，在一些復雜的電路設計中，通過優(yōu)化布線布局，避免了布線交叉和銳角的出現(xiàn)，電路的高頻性能得到了明顯改善，紋波噪聲也有所降低。

合理使用過孔

過孔在連接不同層的線路時起著重要作用，但過孔本身具有一定的電感量，會增加回路電感。因此，在使用過孔時，應盡量減少過孔的數量，并選擇合適的過孔尺寸。同時，可通過在過孔周圍增加接地過孔的方式，降低過孔的電感影響。例如，在連接退藕電容和 IC 的地到地線層時，采用多個接地過孔環(huán)繞主過孔的方式，有效降低了過孔的電感，提高了電路的穩(wěn)定性。

接地設計技巧

采用完整的接地平面

在 PCB 設計中，采用完整的接地平面是降低紋波噪聲的重要手段。接地平面能夠為信號提供低阻抗的回流路徑，減少信號回流過程中的干擾。同時，接地平面還能起到屏蔽作用，減少外界電磁場對電路的影響。在設計多層 PCB 時，可將完整的地線層放在第二層，使其直接位于承載了大電流的頂層的下面。例如，在一些實際應用中，采用完整接地平面設計后，電路的輻射噪聲明顯降低，紋波噪聲也得到了有效抑制。

單點接地與多點接地結合

對于不同類型的電路模塊，應根據其特點選擇合適的接地方式。對于模擬電路部分，通常采用單點接地方式，以避免地電位差引起的干擾。而對于數字電路部分，由于其工作頻率較高，采用多點接地方式可降低接地阻抗，減少高頻噪聲的影響。在實際設計中，可將模擬地和數字地通過一個低阻抗的磁珠或電感連接在一起，實現(xiàn)單點接地與多點接地的結合。例如，在一個同時包含模擬和數字電路的 BUCK 電源設計中，通過合理運用單點接地與多點接地結合的方式，有效減少了模擬電路和數字電路之間的相互干擾，提升了電源的整體性能。

優(yōu)化接地連接

接地連接的質量直接影響接地效果。在連接接地引腳時，應盡量縮短連接線路的長度，并且確保連接牢固可靠。同時，可通過增加接地過孔的數量和尺寸，提高接地連接的可靠性。例如，在一些對接地要求較高的電路中，采用大面積的接地焊盤，并在焊盤上增加多個過孔與接地平面相連，有效降低了接地電阻，提高了接地的有效性。

案例分析

為了更直觀地展示通過 PCB 設計減少紋波噪聲的效果，我們來看一個實際案例。在某電子產品的電源設計中，采用了常規(guī) BUCK 電路。初始設計時，未對 PCB 布局和布線進行優(yōu)化，輸出電壓紋波較大，無法滿足產品對電源質量的要求。經過對電路的分析，發(fā)現(xiàn)輸入電容距離開關管較遠，輸入環(huán)路面積較大，同時輸出電容布局不合理，多個電容之間的寄生電感和電阻較大。針對這些問題，對 PCB 進行了重新設計，將輸入電容靠近開關管，減小輸入環(huán)路面積，優(yōu)化輸出電容的布局和排列方式，并對布線進行了優(yōu)化，減少了布線交叉和銳角。經過重新設計后，通過實際測試，輸出電壓紋波明顯降低，從原來的幾十毫伏降低到了幾毫伏，滿足了產品的使用要求，產品的性能和穩(wěn)定性得到了顯著提升。

總結

通過合理的 PCB 布局、布線和接地設計，可以有效地減少常規(guī) BUCK 電路中的紋波噪聲，提高電源的質量和穩(wěn)定性。在實際設計過程中，需要充分考慮電路的工作原理和特點，結合各種設計技巧和方法，針對紋波噪聲的來源進行有針對性的優(yōu)化。同時，還需要通過實際測試和驗證，不斷調整和完善設計，以滿足不同應用場景對電源性能的嚴格要求。隨著電子技術的不斷發(fā)展，對電源質量的要求也越來越高，通過 PCB 設計減少紋波噪聲的方法將在未來的電源設計中發(fā)揮更加重要的作用。