Начинать анализ схемы следует с упрощенного анализа формы токового сигнала. В первом приближении можно не учитывать частоты и гармонический состав, рассматривать только общую форму (см. рис. 1).
При анализе паразитных токов можно воспользоваться упрощенной моделью с символическими обозначениями, когда принимается, что сигналы с большим количеством высокочастотных гармоник являются прямоугольными, а с меньшим — треугольными.
При анализе паразитных связей большее значение имеют «прямоугольные» составляющие, которые содержат много гармоник с частотами до нескольких десятков МГц, даже если номинальная частота переключения не высока.
В схеме на рисунке 1 через транзисторы Q1 и Q2 и конденсатор CIn проходят «прямоугольные» токи, через COutи L – «треугольные».
Теперь рассмотрим контурные токи. Если бы токи были постоянными, они распределились бы так, чтобы общее падение напряжения было минимальным. Переменный ток проходит так, чтобы энергия, запасенная в магнитном поле, была минимальной. Переменные токи текут по цепям с наименьшей индуктивностью. Задача инженера заключается в том, чтобы обеспечить минимальную индуктивность на той цепи, по которой должен идти ток.
В первую очередь следует проверить токи через входной и выходной конденсаторы. Если рассматривается повышающий преобразователь, то входной ток может оказаться «прямоугольным», т.е. иметь высокочастотные составляющие.
Развязки с помощью конденсаторов – очень частая практика. Конденсаторы располагаются как можно ближе к ИС и подсоединяются к полигону земли. Это неплохое решение, но оно с его помощью нельзя достичь минимального шума.
Развязывающие конденсаторы следует использовать для обеспечения минимального импеданса на пути прохождения переменного тока (см. рис. 2).
На рисунках 3 и 4 показана схема 2 в трехмерном виде. В топологии, изображенной на рисунке 3, ток течёт через земляной слой, поскольку иного пути нет. Он распределяется по полигону земли, стремясь к минимизации энергии.
На рисунке 4 показано более удачное расположение элементов CIn, Q1 и Q2. При такой конфигурации полигоны А и В на верхнем слое платы могут быть непосредственно соединены.
Таким образом, продуманное расположение элементов на плате является важной стадией проектирования. Первоочередная установка критически важных высокочастотных компонентов как можно ближе друг к другу позволяет избежать проблем с плохой трассировкой. Избежать проблем проще, чем устранять их впоследствии.
Современные DC/DC-преобразователи работают на частотах вплоть до нескольких десятков мегагерц. Монолитные DC/DC-преобразователи – даже выше 100 МГц. На таких частотах важно учитывать не только паразитные индуктивности на печатной плате, но и индуктивность самих компонентов.
Для развязки ВЧ-цепей рекомендуется использовать конденсаторы поверхностного монтажа. Минимальной индуктивностью обладают многослойные керамические конденсаторы (МКК). Типичная ошибка – выбирать МКК с маленькой емкостью, поскольку они обеспечивают лучшую изоляцию на ВЧ. В силовых схемах токи высокие, поэтому лучше использовать емкости несколько микрофарад. МКК имеют небольшую индуктивность и низкое сопротивление и служат долго. Однако в большинстве случаев их эффективная емкость ниже номинальной.