LM3691評(píng)估板：降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)用之選

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是為各種電路提供穩(wěn)定電源的關(guān)鍵組件。今天我們要探討的是德州儀器（Texas Instruments）的LM3691評(píng)估板，它是一款降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的工作演示板，對(duì)于工程師們來(lái)說(shuō)，了解它的特性和使用方法能為電源設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多便利。

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二、LM3691轉(zhuǎn)換器概述

（一）應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)

LM3691降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器專為從單節(jié)鋰離子電池或3節(jié)鎳氫/鎳鎘電池為超低電壓電路供電而優(yōu)化。它能夠在2.3V至5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)提供高達(dá)1A的負(fù)載電流，并且有多種不同的固定電壓輸出選項(xiàng)。這使得它在便攜式應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)，比如手機(jī)、平板電腦等設(shè)備的電源設(shè)計(jì)。

（二）工作模式

LM3691有一個(gè)模式控制引腳，允許用戶選擇強(qiáng)制PWM模式或自動(dòng)模式。在自動(dòng)模式下，它會(huì)根據(jù)負(fù)載情況在ECO模式和PWM模式之間自動(dòng)切換。在輕負(fù)載條件下，ECO模式能提供卓越的效率和非常低的靜態(tài)電流（(I_{q})），這對(duì)于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間非常重要。

（三）封裝與外部組件

該轉(zhuǎn)換器采用6凸點(diǎn)DSBGA封裝，僅需要三個(gè)外部表面貼裝組件，分別是1μH電感、4.7μF輸入電容和4.7μF輸出電容。這種簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)減少了電路板空間的占用，也降低了成本。

三、工作條件

（一）輸入電壓與負(fù)載電流

LM3691的輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，推薦的負(fù)載電流范圍是0mA至1000mA。在這個(gè)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器能夠穩(wěn)定工作，為負(fù)載提供可靠的電源。

（二）溫度范圍

其結(jié)溫（(T{j})）范圍是 - 30°C至 + 125°C，環(huán)境溫度（(T{A})）范圍是 - 30°C至 + 85°C。這表明它在較寬的溫度環(huán)境下都能正常工作，但在實(shí)際應(yīng)用中，我們還是要注意散熱設(shè)計(jì)，以確保其性能的穩(wěn)定性。

四、引腳說(shuō)明

五、物料清單（BOM）

六、DSBGA封裝的組裝與使用

（一）特殊要求

使用DSBGA封裝需要專門(mén)的電路板布局、精確的安裝和仔細(xì)的回流技術(shù)。具體可參考AN - 1112 DSBGA晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（SNVA009）。在組裝時(shí)，建議使用PCB板上的對(duì)齊坐標(biāo)來(lái)方便器件的放置。

（二）焊盤(pán)設(shè)計(jì)

DSBGA封裝使用的焊盤(pán)樣式必須是NSMD（非阻焊定義）類型，即阻焊層開(kāi)口要大于焊盤(pán)尺寸，這樣可以防止阻焊層和焊盤(pán)重疊形成的邊緣影響器件與電路板表面的貼合，避免安裝問(wèn)題。

（三）走線設(shè)計(jì)

LM3691的6凸點(diǎn)封裝使用300微米的焊球，需要10.82密耳的焊盤(pán)用于安裝在電路板上。每個(gè)焊盤(pán)的走線應(yīng)以90°的角度進(jìn)入焊盤(pán)，以防止碎屑卡在深角處。最初，每個(gè)焊盤(pán)的走線寬度應(yīng)為7密耳，長(zhǎng)度約7密耳或更長(zhǎng)，作為熱緩解。然后，每條走線應(yīng)逐漸調(diào)整到最佳寬度，重要的是要保證對(duì)稱性，以確保LM3691上的焊球均勻回流，使器件與電路板平整焊接。特別是要特別注意A2和C2凸點(diǎn)的焊盤(pán)，因?yàn)镚ND和(V_{IN})通常連接到大型銅平面。

（四）光敏感性

DSBGA封裝在紅色或紅外不透明外殼的應(yīng)用中針對(duì)最小尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。但由于它缺乏較大器件的塑料封裝特性，對(duì)光比較敏感。背面金屬化和/或環(huán)氧涂層，以及印刷電路板的正面遮光可以降低這種敏感性。不過(guò)，該封裝的芯片邊緣是暴露的，特別是DSBGA器件對(duì)照射在封裝暴露芯片邊緣的紅色和紅外光敏感。

七、電路板布局考慮

（一）布局的重要性

PC電路板布局是DC - DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的重要部分。不良的布局會(huì)導(dǎo)致EMI、接地反彈和走線中的電阻電壓損失，從而干擾DC - DC轉(zhuǎn)換器和周圍電路的性能，可能向DC - DC轉(zhuǎn)換器IC發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)不良或不穩(wěn)定。此外，不良的布局還可能導(dǎo)致回流問(wèn)題，使DSBGA封裝與電路板焊盤(pán)之間的焊點(diǎn)質(zhì)量不佳，影響性能。

（二）布局規(guī)則

1. 焊盤(pán)與走線：將LM3691放置在10.82密耳的焊盤(pán)上，作為熱緩解，用7密耳寬、約7密耳長(zhǎng)的走線連接每個(gè)焊盤(pán)，然后逐漸增加走線到最佳寬度，確保對(duì)稱性以保證焊球均勻回流。
2. 組件距離：將LM3691、電感和濾波電容靠近放置，并使走線盡可能短。這些組件之間的走線承載相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)電流，會(huì)像天線一樣輻射噪聲，遵循此規(guī)則可減少輻射噪聲。特別要注意將輸入濾波電容非常靠近(V_{IN})和GND引腳放置。
3. 電流環(huán)路：安排組件使開(kāi)關(guān)電流環(huán)路朝同一方向卷曲。在每個(gè)周期的前半部分，電流從輸入濾波電容通過(guò)LM3691和電感流向輸出濾波電容，再通過(guò)接地返回，形成一個(gè)電流環(huán)路；在周期的后半部分，電流從接地通過(guò)電感被LM3691拉到輸出濾波電容，然后通過(guò)接地返回，形成第二個(gè)電流環(huán)路。使這些環(huán)路的電流卷曲方向相同可以防止兩個(gè)半周期之間的磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，減少輻射噪聲。
4. 接地連接：使用大量的組件側(cè)銅填充作為偽接地平面，將LM3691和濾波電容的接地引腳連接在一起，然后通過(guò)多個(gè)過(guò)孔將其連接到接地平面（如果使用）。這樣可以減少接地平面噪聲，防止開(kāi)關(guān)電流在接地平面中循環(huán)，同時(shí)通過(guò)提供低阻抗接地連接減少LM3691的接地反彈。
5. 功率走線：在功率組件之間和DC - DC轉(zhuǎn)換器電路的電源連接中使用寬走線，以減少走線電阻損失引起的電壓誤差。
6. 噪聲敏感走線：將電壓反饋路徑等噪聲敏感走線遠(yuǎn)離功率組件之間的嘈雜走線。電壓反饋?zhàn)呔€必須靠近LM3691電路，應(yīng)直接從FB連接到輸出電容處的(V_{OUT})，并與噪聲組件反向布線，以減少輻射到DC - DC轉(zhuǎn)換器自身電壓反饋?zhàn)呔€上的EMI。
7. 敏感電路布局：將諸如無(wú)線電IF模塊等噪聲敏感電路遠(yuǎn)離DC - DC轉(zhuǎn)換器、CMOS數(shù)字模塊和其他嘈雜電路。通過(guò)增加距離可以減少系統(tǒng)中噪聲敏感電路受到的干擾。例如，在手機(jī)中，常見(jiàn)的做法是將DC - DC轉(zhuǎn)換器放置在電路板的一個(gè)角落，圍繞它安排CMOS數(shù)字電路（因?yàn)樗鼈円矔?huì)產(chǎn)生噪聲），然后將敏感的前置放大器和IF級(jí)放置在對(duì)角的角落。通常，敏感電路會(huì)用金屬屏蔽罩屏蔽，并使用低壓差線性穩(wěn)壓器對(duì)其電源進(jìn)行后調(diào)節(jié)，以減少傳導(dǎo)噪聲。

八、評(píng)估板使用的相關(guān)條款

（一）使用目的限制

評(píng)估板僅用于產(chǎn)品或軟件開(kāi)發(fā)人員在研發(fā)環(huán)境中對(duì)德州儀器半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)行可行性評(píng)估、實(shí)驗(yàn)或科學(xué)分析，不得直接或間接組裝到任何成品中，也不得用于消費(fèi)或家庭用途，不能進(jìn)行商業(yè)銷售、分許可、租賃、出租、出借、轉(zhuǎn)讓或分發(fā)。

（二）有限保修

德州儀器保證評(píng)估板在交付用戶后的90天內(nèi)符合其公布的規(guī)格。但對(duì)于因非德州儀器原因?qū)е碌娜毕?，如疏忽、濫用、不當(dāng)安裝或測(cè)試、產(chǎn)品被非德州儀器實(shí)體更改或修改等情況，德州儀器不承擔(dān)責(zé)任。如果評(píng)估板不符合保修條件，德州儀器的唯一責(zé)任是選擇修理、更換評(píng)估板或?yàn)橛脩糍~戶貸記相應(yīng)金額。

（三）監(jiān)管通知

不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)評(píng)估板有不同的監(jiān)管要求，如美國(guó)的FCC規(guī)定、加拿大的Industry Canada規(guī)定以及日本的相關(guān)法規(guī)等。用戶在使用評(píng)估板時(shí)需要遵守這些規(guī)定，否則可能會(huì)面臨法律問(wèn)題。

（四）使用限制和警告

評(píng)估板不得用于功能安全和/或安全關(guān)鍵評(píng)估，包括但不限于生命支持應(yīng)用評(píng)估。用戶在操作評(píng)估板前必須閱讀并遵循用戶指南和其他相關(guān)文檔中的警告和限制通知，在德州儀器推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下操作，確保安全使用。同時(shí)，用戶需要自行承擔(dān)評(píng)估板的使用是否符合相關(guān)法律法規(guī)的責(zé)任，以及正確處置和回收評(píng)估板的責(zé)任。

（五）其他條款

德州儀器盡量確保提供的評(píng)估板信息準(zhǔn)確，但不保證其網(wǎng)站上評(píng)估板描述、可用性或其他信息的準(zhǔn)確性、完整性、可靠性、及時(shí)性或無(wú)錯(cuò)誤。評(píng)估板及其相關(guān)設(shè)計(jì)材料按“現(xiàn)狀”提供，德州儀器不承擔(dān)其他明示或暗示的保證責(zé)任。此外，還規(guī)定了損害賠償和責(zé)任限制、退貨政策、適用法律等條款。

總之，LM3691評(píng)估板為電子工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)來(lái)評(píng)估和使用降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分考慮其特性和要求，遵循相關(guān)的布局規(guī)則和使用條款，以確保設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。你在使用類似評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。