在电子领域的设计工作中，开关电源的设计对于许多未曾涉足此领域的工程师而言，犹如一座未知的高山，充满了挑战与困惑。他们往往会对开关电源的干扰问题、PCB layout 问题以及元器件的参数和类型选择问题等心存畏惧。然而，一旦深入了解其中的奥秘，就会发现开关电源设计其实是非常便捷且高效的。
一个典型的开关电源通常由开关电源控制器和输出部分构成。部分控制器会将 MOSFET 集成到芯片内部，这无疑简化了使用步骤和 PCB 设计，但在一定程度上也降低了设计的灵活性。开关控制器本质上是一个闭环的反馈控制系统，一般配备反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。此部分设计的关键在于确保采样电路的性以及合理控制反馈深度。若反馈环响应过慢，将会对瞬态响应能力产生显著影响。输出部分的设计涵盖了输出电容、输出电感以及 MOSFET 等元件。这些器件的选择需要在性能和成本之间寻求平衡。例如，较高的开关频率允许使用较小的电感值，这意味着更小的封装和更低的成本，但同时会增加干扰和 MOSFET 的开关损耗，导致效率降低；而较低的开关频率则会产生相反的效果。此外，输出电容的 ESR 和 MOSFET 的 Rds_on 参数选择也至关重要。较小的 ESR 可以减少输出纹波，但会增加电容成本。同时，开关电源控制器的驱动能力也需予以关注，过多的 MOSFET 可能无法被良好驱动。通常情况下，开关电源控制器的供应商会提供详细的计算公式和使用方案供工程师参考。
在调试开关电源时，以下经验值得借鉴。首先，可将电源电路的输出通过低阻值大功率电阻连接到板内，这样在不焊接电阻的情况下，能够先对电源电路进行调试，避免后续电路的干扰。其次，由于开关控制器是闭环系统，若输出恶化情况超出闭环可控范围，开关电源将无法正常工作。此时，需要仔细检查反馈和采样电路。特别是当采用大 ESR 值的输出电容时，会产生大量电源纹波，进而影响开关电源的正常运行。
接地技术初是为了防止电力或电子设备遭受雷击而采取的保护措施，其目的是将雷击电流通过避雷针引入大地，保护建筑物安全。同时，接地也是保障人身安全的有效手段，当相线与设备外壳接触时，故障电流可通过 PE 线流入大地。随着电子通信和数字领域的发展，接地系统的要求日益提高。在通信系统中，大量设备之间的信号互连需要一个统一的基准 “地” 作为信号参考。而且，随着电子设备的复杂化和信号频率的不断提高，接地设计中的电磁兼容问题，如信号互扰等，必须得到特别关注。否则，接地不当将严重影响系统的可靠性和稳定性。
在现代接地概念中，对于线路工程师而言，“接地” 通常指线路电压的参考点；对于系统设计师来说，它常表示机柜或机架；而电气工程师则认为它是绿色安全地线或连接大地的意思。一个较为通用的定义是 “接地是电流返回其源的低阻抗通道”，强调了 “低阻抗” 和 “通路” 的要求。
常见的接地符号包括 PE、PGND、FG（保护地或机壳）；BGND 或 DC - RETURN（直流 - 48V (+24V) 电源 (电池) 回流）；GND（工作地）；DGND（数字地）；AGND（模拟地）；LGND（防雷保护地）。
接地方式有多种，包括单点接地、多点接地以及混合类型的接地。单点接地又可分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地适用于简单电路、不同功能模块之间的接地区分以及低频（f <10MHz）电路；而高频电路（f> 10MHz）则需采用多点接地或多层板（完整的地平面层）。
对于电子信号而言，寻找一条低阻抗的电流回流路径至关重要。在处理信号回流时，需要注意以下几点。首先，根据相关公式，辐射强度与回路面积成正比。因此，在 PCB 布板时，应尽量减小电源回路和信号回路的面积，以降低对外辐射干扰。其次，对于高速信号，良好的信号回流能够保证信号质量。因为 PCB 上传输线的特性阻抗通常以地层（或电源层）为参考进行计算，若高速线附近有连续的地平面，可保持阻抗连续；反之，阻抗变化将影响信号完整性。所以，布线时应将高速线布置在靠近地平面的层，或在高速线旁边并行铺设一两条地线，以起到屏蔽和就近提供回流的作用。，布线时应尽量避免跨电源分割，因为信号跨越不同电源层后，回流路径变长，容易受到干扰。不过，对于低速信号，这种跨越是可以接受的。
模拟信号和数字信号都需要回流到地。由于数字信号变化速度快，会在数字地上产生较大噪声，而模拟信号需要一个干净的地参考来工作。因此，模拟地和数字地通常应分开处理，可通过细走线连接或单点连接，以阻隔数字地的噪声对模拟地的影响。当然，如果模拟部分附近的数字地较为干净，也可以将二者合并。
对于一般器件，就近接地是选择。采用拥有完整地平面的多层板设计后，一般信号的接地相对容易。基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量，并靠近地平面或电源平面。
部分单板具有对外的输入输出接口，如串口连接器、网口 RJ45 连接器等。若这些接口的接地设计不佳，不仅会影响正常工作，还可能成为对外的电磁干扰源。通常会单独分割出一块独立的接口地，通过细走线与信号地连接，并可串联 0 欧姆或小阻值电阻，以阻隔信号地的噪声。同时，也需要认真考虑接口地和接口电源的滤波问题。
屏蔽电缆的屏蔽层应连接到单板的接口地，而非信号地。因为信号地上存在各种噪声，若屏蔽层连接到信号地，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰。当然，前提是接口地必须保持干净。
总之，开关电源的设计是一个综合性的过程，需要工程师在元器件选择、调试以及接地等多个方面进行细致的考虑和权衡，以确保开关电源的性能和稳定性。
