在 PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)中，電源部分的布局布線一直是工程師關(guān)注的核心環(huán)節(jié)，其中電感和 MOS 管所在區(qū)域的走線限制更是行業(yè)內(nèi)的重要規(guī)范。這一設(shè)計(jì)準(zhǔn)則并非憑空制定，而是基于電磁兼容、信號(hào)完整性、散熱性能等多方面的工程實(shí)踐總結(jié)。深入理解這一規(guī)則背后的原理，對(duì)提升電源電路的穩(wěn)定性和可靠性具有關(guān)鍵意義。

電感作為電源電路中的儲(chǔ)能元件，其工作原理基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)電流通過電感線圈時(shí)，會(huì)在周圍產(chǎn)生交變磁場，這種磁場的強(qiáng)度與電流變化率成正比。在高頻開關(guān)電源中，電感的工作頻率通常在幾十千赫茲到數(shù)兆赫茲之間，高頻交變磁場會(huì)對(duì)周圍的導(dǎo)線產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁耦合。若在電感附近布設(shè)信號(hào)線或其他電源線，導(dǎo)線上會(huì)感應(yīng)出干擾電壓，這種干擾可能導(dǎo)致信號(hào)失真、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至引發(fā)電路誤動(dòng)作。例如，在數(shù)字電路中，微弱的感應(yīng)電壓可能改變邏輯電平，造成芯片誤觸發(fā);在精密模擬電路中，干擾信號(hào)會(huì)疊加到有用信號(hào)上，降低測量精度。

從電磁場分布的角度來看，電感線圈產(chǎn)生的磁場呈現(xiàn)空間衰減特性，距離線圈越近，磁場強(qiáng)度越高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在電感直徑 3 倍范圍內(nèi)，磁場強(qiáng)度會(huì)隨距離增加呈現(xiàn)平方級(jí)衰減，而超出這一范圍后衰減速度放緩。因此，將電感周圍一定區(qū)域設(shè)為禁布區(qū)，能有效避免導(dǎo)線進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū)域，從空間上切斷電磁耦合路徑。對(duì)于功率較大的電感，其磁場影響范圍更廣，禁布區(qū)的半徑需相應(yīng)擴(kuò)大，通常建議不小于電感高度的 2 倍。

MOS 管(金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體場效應(yīng)管)作為開關(guān)電源的核心器件，在導(dǎo)通與關(guān)斷的切換過程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的電壓和電流變化。這種快速的開關(guān)動(dòng)作(納秒級(jí)切換時(shí)間)會(huì)在 MOS 管的源極、漏極和柵極之間形成高頻振蕩，這些高頻信號(hào)通過 PCB 的銅箔和接地平面產(chǎn)生電磁輻射。同時(shí)，MOS 管的導(dǎo)通電阻較小，工作時(shí)會(huì)通過較大的電流，導(dǎo)致其兩端產(chǎn)生一定的電壓降，在附近形成寄生的電壓梯度。

當(dāng)導(dǎo)線靠近 MOS 管時(shí)，一方面會(huì)受到其高頻輻射的干擾，導(dǎo)致信號(hào)中混入噪聲;另一方面，導(dǎo)線可能會(huì)拾取到寄生電壓梯度產(chǎn)生的干擾信號(hào)，影響電路的正常工作。特別是對(duì)于一些敏感的信號(hào)線，如模擬量輸入線、控制信號(hào)線等，這種干擾的影響更為嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路系統(tǒng)的性能下降，甚至出現(xiàn)故障。

此外，電感和 MOS 管在工作過程中都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。電感中的電流通過線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，而 MOS 管在開關(guān)過程中也會(huì)有一定的功耗，轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出來。如果在它們周圍布設(shè)過多的導(dǎo)線，會(huì)影響熱量的散發(fā)，導(dǎo)致元件溫度升高。過高的溫度會(huì)影響電感和 MOS 管的性能參數(shù)，降低其使用壽命，甚至可能導(dǎo)致元件損壞。

同時(shí)，導(dǎo)線本身也會(huì)有一定的電阻和電感，在高頻情況下，導(dǎo)線的寄生電感和電容會(huì)表現(xiàn)得更為明顯。當(dāng)導(dǎo)線靠近電感和 MOS 管時(shí)，這些寄生參數(shù)可能會(huì)與電感和 MOS 管的參數(shù)相互作用，形成諧振電路，產(chǎn)生不必要的諧振現(xiàn)象，影響電路的穩(wěn)定性。

綜上所述，為了保證 PCB 電源部分的正常工作，提高電路的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力，在電感和 MOS 管所在的區(qū)域禁止走線是十分必要的。這一設(shè)計(jì)準(zhǔn)則能夠有效減少電磁干擾、避免寄生參數(shù)的影響、有利于熱量的散發(fā)，從而確保整個(gè)電路系統(tǒng)的性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。