MDD開(kāi)關(guān)二極管的合理 PCB 布局

MDD辰達(dá)半導(dǎo)體 的 開(kāi)關(guān)二極管 廣泛應(yīng)用于電源電路、射頻（RF）電路和高速信號(hào)處理等領(lǐng)域，其主要作用是快速導(dǎo)通和關(guān)斷，以保證電路的正常運(yùn)作。然而，開(kāi)關(guān)二極管的性能不僅僅依賴于選型，還與 PCB 布局密切相關(guān)。合理的 PCB 布局能有效減小寄生電感和電容，避免信號(hào)干擾，提升開(kāi)關(guān)效率和可靠性。作為 FAE，我們需要幫助客戶優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，以提高電路的整體性能。

一、開(kāi)關(guān)二極管的布局需求

開(kāi)關(guān)二極管的作用是切換電流，若布局不當(dāng)，會(huì)帶來(lái) 過(guò)高的寄生電感和電容，影響開(kāi)關(guān)速度，增加功率損耗，并導(dǎo)致信號(hào)失真或過(guò)熱。具體來(lái)說(shuō)，以下幾個(gè)因素是布局時(shí)必須注意的：

寄生電感：二極管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，寄生電感會(huì)導(dǎo)致電流變化過(guò)程中的延遲，影響開(kāi)關(guān)性能。特別是在高速開(kāi)關(guān)電路中，寄生電感會(huì)降低開(kāi)關(guān)速度并增加開(kāi)關(guān)損耗。

寄生電容：二極管的 PN 結(jié)自帶電容，若布局不合理，可能導(dǎo)致額外的寄生電容，這會(huì)降低電路的響應(yīng)速度，甚至干擾信號(hào)的傳輸。

電流路徑的最短化：開(kāi)關(guān)二極管的導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程要求電流能夠迅速通過(guò)二極管。如果電流路徑過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加電感和電阻，導(dǎo)致信號(hào)衰減和能量損耗。

二、合理的 PCB 布局技巧

為了有效減少寄生電感和電容，并提高二極管的開(kāi)關(guān)性能，以下布局技巧應(yīng)得到關(guān)注：

1. 靠近負(fù)載放置開(kāi)關(guān)二極管

目標(biāo)：減少電流的路徑長(zhǎng)度，降低寄生電感。

建議：開(kāi)關(guān)二極管應(yīng)盡量放置在負(fù)載端附近，以確保電流從負(fù)載流向二極管的路徑最短。這有助于快速響應(yīng)并減少電流的滯后，提升開(kāi)關(guān)速度。

2. 優(yōu)化地線布局

目標(biāo)：提供穩(wěn)定的回流路徑，避免地電位波動(dòng)。

建議：地線應(yīng)盡量寬且短，以減少地回路的電阻和電感。在高速電路中，單獨(dú)的接地層可以有效減少地電位波動(dòng)，避免不必要的 EMI（電磁干擾）。

3. 合理規(guī)劃信號(hào)線和電源線

目標(biāo)：避免信號(hào)線和電源線交叉，減少互相干擾。

建議：開(kāi)關(guān)二極管應(yīng)與高速信號(hào)線和電源線分開(kāi)布置，避免電流變化對(duì)信號(hào)線產(chǎn)生干擾。在高頻電路中，信號(hào)線和電源線應(yīng)遵循 差分布線 的原則，以減少串?dāng)_和干擾。

4. 使用較寬的銅箔

目標(biāo)：降低導(dǎo)線電阻，減少功率損耗。

建議：使用較寬的銅箔或加大銅箔厚度，降低電流通過(guò)時(shí)的電阻，減少熱量生成，并改善開(kāi)關(guān)二極管的散熱性能。

5. 減少通過(guò)二極管的電流尖峰

目標(biāo)：避免過(guò)大的電流尖峰，保護(hù)二極管。

建議：通過(guò)在二極管兩端增加 RC 網(wǎng)絡(luò) 或 TVS 等元件來(lái)抑制浪涌電流，保護(hù)二極管免受電流尖峰的損害。

6. 優(yōu)化布線層數(shù)與層間電容

目標(biāo)：減少布局中的寄生電容，保證信號(hào)的完整性。

建議：在多層 PCB 中，盡量避免信號(hào)線與電源線過(guò)于接近。可以使用適當(dāng)?shù)?隔離層 和 參考地層 來(lái)減小信號(hào)線與電源線之間的耦合，降低寄生電容。

7. 使用適當(dāng)?shù)?PCB 封裝和散熱設(shè)計(jì)

目標(biāo)：有效散熱，提升開(kāi)關(guān)二極管的穩(wěn)定性。

建議：對(duì)于高功率的開(kāi)關(guān)二極管，應(yīng)選擇散熱性能較好的封裝，如 DO-214 或 SMC 等。適當(dāng)設(shè)計(jì)散熱孔和散熱銅箔區(qū)域，幫助二極管快速散熱，避免因溫度過(guò)高而導(dǎo)致二極管失效。

三、常見(jiàn)的 PCB 布局錯(cuò)誤

過(guò)長(zhǎng)的電流路徑：電流路徑過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加電感和電阻，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)二極管響應(yīng)遲緩，甚至出現(xiàn)失效。

信號(hào)線與電源線靠得太近：信號(hào)線和電源線相互干擾，會(huì)導(dǎo)致高頻噪聲和信號(hào)畸變。

不合理的地線布局：地回路設(shè)計(jì)不良會(huì)導(dǎo)致地電位波動(dòng)，進(jìn)而影響二極管的穩(wěn)定性和電路的整體性能。

合理的 PCB 布局 對(duì) 開(kāi)關(guān)二極管 的性能至關(guān)重要。減小寄生電感和電容、縮短電流路徑、優(yōu)化信號(hào)和地線布局，以及 采用合適的封裝和散熱設(shè)計(jì)，都能有效提高二極管的開(kāi)關(guān)速度和穩(wěn)定性。作為 FAE，我們?cè)谥С挚蛻魰r(shí)，必須幫助他們充分了解這些布局技巧，從而避免常見(jiàn)的布局錯(cuò)誤，提升電路的效率與可靠性。