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1 PMU电源管理单元

1.1 PMU

PMU,即电源管理单元,是一种高度集成、针对便携式应用的电源管理方案,它将传统分离的若干类电源管理器件,如直流/直流转换器(DC/DC)、低压差线性稳压器(LDO)集成到一个封装里。

1.2 PMU组成

  • DC/DC开关电源

  • LDO低压差线性稳压电源

  • 控制部分的电阻、电容

2 PMU模块布局

一般针对PMU模块,会先对其DC/DC开关电源模块进行优先布局,相对小电源LDO则是次之,最后才是控制电路部分。

相邻电感之间需要垂直摆放,以确保磁场互不干扰,降低电磁干扰(EMI)的风险。

布局时需注意电感与芯片之间保持适当的间距,以防止电感产生的磁场对芯片工作造成干扰。同时,还要确保其他关键信号线路能够顺利连接至外部接口。

为了避免电感底部产生的磁场对其他组件造成干扰,电感底下不应放置任何元器件。

器件与芯片之间应保持适当的间距,以便留出足够的空间用于散热孔的设置,确保模块在高负荷运行时能够有效散热

2.1 DC/DC模块布局

  • 先找出输入、输出的电源主干道

    • 分析原理图,明确电源的输入输出的主回路,把输入输出的元器件进行分离
  • 输入部分的滤波电容需要靠近IC管脚

    • 注意大小电容的放置原则,从电源输入路径上看,先经过(容值)大电容,再经过小电容;至于为何要放置在IC管脚附近,是因为尽量使干扰在经过电容以后,以最小的绝对路径进入电源芯片,使得电源在传输过程中,不容易受到外界干扰
  • 对电源部分进行“一字型”或“L型”布局

    • 对于使用到的目标电源芯片需要查找相关的DataSheet,查看是否有关于布局及布线的推荐说明,没有时,可对电源部分进行“一字型”或“L型”布局,可使电流的路径最短,电源损耗也最少。
    • 根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场;电场和磁场它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。磁场在相同方向时,其产生的影响会相互叠加,相互垂直时所产生的影响能相互抵消,因此,对于输出多路的开关电源尽量使相邻的电感垂直放置。
  • 根据空间合理性以及工艺,合理地选择摆放器件的层,尽量考虑到后期走线

    • 其中需要注意的是:优先完成单个通道的模块电路布局,其他相同的模块电路的其他通道,可以参考前一个通道的布局方式。

2.2 LDO模块布局

  • 根据电源流向,大致规划走线路径,并靠近电源芯片进行放置。找出输入、输出的电源主干道。

  • 滤波电容也同样按照(容值)先大后小、就近(电源芯片管脚)原则放置

  • 小电容可以放置在背面,但应注意与散热焊盘保持足够的间距。这是因为散热焊盘在最后阶段需要进行打孔处理,以确保模块的散热性能

  • 布局时考虑后焊间距。

2.3 控制部分布局

由于控制部分传输的是有效电平信号,传输距离对其产生的影响远不及电源部分的大,因而其电路中的少量元件可以进行插空布局。对于空间的考虑,可以适当采用顶底贴件的方式,合理利用布局空间,缩小板子的布局布线体积。

3 PMU布线

  • 优先对DCDC电源部分进行扇孔处理。确保电源输出线路短而粗,以满足电源载流要求。这有助于降低电阻和电感,提高电源转换效率。
  • 由于电源需要给其他电路模块供电,因此在输出的最后一个滤波电容后方进行打孔处理。同时,GND部分也需要进行相同的打孔处理。通常,电源打孔的数量应与GND打孔数量保持一致。
  • 从左上角的管脚开始,按照从左到右、从上到下的顺序进行顺时针或逆时针的扇孔处理。注意,PMU的处理顺序需要按照PCB管脚位置来确定,而非原理图的顺序。
  • 反馈元器件应靠近芯片管脚摆放,以确保反馈信号的准确性和稳定性。同时,反馈线路应避免经过大电流功率平面,以防止干扰。
  • 根据电源输入的电流大小,计算并打上相应数量的过孔,以满足载流要求。这有助于确保模块的稳定性和可靠性。
  • 完成整体扇出后,在散热焊盘上打上GND过孔以辅助散热。这有助于将模块产生的热量迅速导散,提高模块的散热性能。
  • 所有带有网络的焊盘都需要进行扇出处理,以确保信号的完整性和稳定性。这有助于降低信号损失和提高模块性能。
  • 对整体布线进行检测,确保满足载流要求和设计合理性。这包括检查信号完整性、电源完整性、热设计等方面的问题,以确保整个PMU模块的性能和稳定性达到预期水平。
  • 搞清楚布线原则!找清楚输入输出大电流主干道机回路路径!找出反馈走线!
    • 20mil过载1A电流(常规),评估走线宽度;
    • 0.5mm过孔过载1A电流,评估过孔大小及数量要求,满足压降的要求;
    • 布线和过孔需要充分考虑载流余量的设计;
    • 主干道载流、回流路径的确认;
    • 反馈线,从滤波电容后面取样。
  • 反馈走线需要远离主回路干扰源,并且走线需要从最后一个电容取样
  • PMU需要进行充分散热处理可以通过大面积铜皮、散热焊盘的添加过孔,导热到背面之后进行大面积铜皮链接或开窗处理
  • LDO部分管脚不建议铺铜,所有管脚通过走线方式和外面连接,焊盘内走线宽度不得超过焊盘宽度,防止制板后,焊盘变大贴片容易连锡。
  • 走线粗线一般按1mm宽度1A来设计,大电流输出的LDO根据后端实际供电需求,走线在从芯片引出后应尽快变粗到需求大小。

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