|
高速先生成員--黃剛 誠如高速先生所言，其實電源的直流壓降和通流設計和仿真背后的原理真的很簡單，那就是初中就學過的歐姆定律。請允許Chris不厭其煩的再再再一次給大家介紹下電源直流壓降和通流設計或者仿真的本質。在電源輸出端，也就是VRM端，主要是給負載，也就是Sink端提供電流，并保證原始的輸出電壓。但是在實際鏈路中免不了會產生直流電阻R，因此最終需要電流I的Sink端的電壓就會比電源輸出端的U減少I*R的值。 那在常規PCB板級設計中，在VRM和Sink端中間就是PCB的鏈路產生直流電阻R。再細化一下PCB的結構，其實就是電源的平面和換層過孔兩大部分所產生，一個是水平面上的電阻，例如銅皮寬度，層數，銅厚等；一個是垂直面上的電阻，例如過孔數量，過孔大小等。為什么說大家普遍認為電源壓降和通流的設計比較簡單呢，因為除了理論簡單之外，行業內還有不少免費的小軟件可以在前期進行銅皮和過孔的通流評估。 例如今天要講的關于過孔通流的設計問題中，首先我們用一些軟件對電源過孔通流進行評估，在軟件中輸入具體過孔的大小，包括約束的溫升等信息，就能夠快速的得到它通流的大小。例如下面，差不多一個10mil的過孔外，在約束溫升10度的情況下能過1A左右的電流。 嗯，然后我們就會根據不同過孔軟件評估的通流數值，再加上10-20%的裕量，給設計部的同事進行推廣，相當于給出不仿真情況下的過孔通流規則。 剛好Chris這周去我司的蘇州分部出差，路過設計部時，無意中看到工作經驗2年左右的小云同學在處理一個電源的設計。湊近一看，那是一個20A左右的core電源的設計，VRM電源在右上方，要往左下方的BGA芯片供電，由于層面的限制，中間電源平面需要從L8層換到L9層，于是Chris看到小云同學非常規整的在進BGA的邊界處打了一排電源過孔進行換層。大概數了下，40個過孔左右。 小云看到Chris后，于是很自豪的說，按照高速先生給出的約束，1個10mil的過孔能過1A的電流，理論上20個過孔就可以過20A電流，為了保險，還特意打多一倍。小樣，這20A電流還不輕輕松松搞掂！ 的確看起來還行哈，過孔也打得比較規整，數量也是足夠的，應該是比較理想的結果了吧。不過在Chris這里看來，還是發現一些隱藏的問題，還可以有進一步去優化的空間。于是在拜訪客戶之余的時間，拿著這個版本簡單的做了個電源通流的仿真。你們猜猜仿真結果是怎么樣的？ 晚上Chris給分部進行培訓，順便就拿出了小云這個設計的案例進行分享。首先Chris讓大家暢所欲言，看看這個電源設計怎么樣？大部分同事都覺得挑不出太多毛病，過孔數量足夠多，也打在距離BGA用電端外面最近的一排位置，常規不都這樣做的嘛。分部里最資深的郭工和唐工根據他們多年的設計經驗，隱隱感覺有點問題，電源位置和芯片位置是斜方向對應的，如果在水平或豎直方向對應的話這個設計沒有問題，斜方向下來的電流感覺有點奇怪。 正所謂事出反常必有妖，有經驗的設計工程師其實會下意識的感覺到不是很對，但是只是沒法將這種感覺量化出來。于是Chris分享了小云同學這個過孔設計的通流仿真結果，不看不知道，一看嚇好幾跳。在這40個過孔的通流仿真結果中，每個過孔的通流差異灰常的巨大，實際也就只有右邊的10個8個過孔能真正通流，左邊的20個以上幾乎不怎么過電流。最右邊的過孔居然有超過2.5A電流要承載。從原理上我們也知道，過孔如果承受了它應該承受的電流大小后，輕則導致負載壓降變大，重則發熱嚴重，把自己燒了。 最后再稍微總結下唄。不是說一個過孔評估起來就過1A嗎，更何況20A電流打了40個過孔，理論上1個過孔平均分0.5A就行了嗎，為什么會出現過孔間通流那么大差異的情況？問題這不就出在“理論上”這三個字嘛。一些簡單的評估軟件是理論上的評估，它沒法預料到電流要經過具體哪些區域，只是單純的對這個過孔本身進行通流的預測，是有一定的參考作用，但是并不能百分百靠它。在這次培訓中，Chris針對類似這樣的案例進行了原理的分析并分享了一些優化的方案，大家聽完后，突然自己又可以了。原來知道是什么影響了過孔間通流差異的現實版“歐姆定律”后，其實電流的設計也還是不是很難的嘛。 問題：到底這個設計過孔間通流差異巨大的原因是啥？如果是你們，又會怎么去優化呢？歡迎踴躍討論哈！ |
