快捷导航

信息推荐

更多+
开启左侧

电源平面分明绰绰有余,直流压降缘何岌岌可危?

[复制链接]
edadoc 发表于 2020-2-18 10:53:22 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
原创文 | 姜杰 (一博科技高速先生团队队员)5 ]& [' O) u, s" j" |+ y$ o

% N* }% m+ c+ I& p' J( M: P. T

/ k; W- k% Q6 y+ L: Z5 a* s1 [新年新气象,改板新问题。说出来你可能不信,90A的电流,电源平面留足两层2oz铜,电源直流压降仿真居然挂了!事出反常必有妖,且跟高速先生一起一探究竟。
7 x" J+ g2 O: Z% V+ C
都说节前忙疯,节后放松,高速先生的这个开年却不太轻松,因为新春伊始就来了个急活:客户的一个加急改板有电源仿真需求。layout攻城狮雷工(没错,还是那个雷工《400A的电源,就问你怕不怕?》)也够给力,半天功夫就把电源改了出来,为了配合交期,先把过程版本的文件发来进行电源仿真。9 |: N: ~" g: t
! Y; N& c% ^/ z2 a% a8 [
电源电压0.85V,电流90A,直流压降要求±3%,同时,为了赶进度,客户这次改板没有改动层叠,仍然保留了之前的两层2oz电源平面。根据高速先生的经验,似乎手到擒来不费力,一切尽在掌握里,实际的情况却是事与愿违,IR-drop仿真得到的直流压降偏偏不过关!
* k8 H3 o+ {; [+ }
幻觉,这一定是幻觉。于是,回过头仔细从层叠复查起:电源平面层数和铜厚没问题。$ {3 ~; r0 I% ?7 Y2 L7 h
再看铺铜处理,电源平面的户型方正、边角精修,还有额外赠送面积(除电源平面层,信号层也有补充铺铜),铜皮既没有出砂孔隔断,又没有瓶颈区域,也没毛病。) a! O; Z- m; p  l& N6 b
莫非电源模块(VRM)距离用电芯片(SINK)太远导致路径上的直流压降超标?可是,检查发现二者平均距离也就40mm左右,产生的压降不至于太大。
6 I2 a% c6 m9 v# a8 E! ?. n% b
分析至此,问题仿佛陷入了死胡同。没奈何,只能生成完整的仿真报告逐项核对,看看能不能找到点蛛丝马迹,结果,还真就揪出了“元凶”!
4 E; s" b0 h9 g2 B7 C
回流平面(GND)的压降居然有53.5mV!也就是说整体3%的压降要求,仅仅GND的压降就已经超标,达到了6.3%!  u) m3 Y5 p, u) Q3 |1 Z
这不科学,6层0.5oz的GND平面怎么会有这么大的直流压降?一查单板GND层,一口老血差点没憋住,结果令人啼笑皆非:PCB文件中只铺了一层GND平面!这可真是“一顿操作猛如虎,回流平面忘了补”。雷工的解释云淡风轻:“赶时间嘛,电源平面处理好就能仿电源了吧,至于GND平面,还在处理反焊盘,为了不耽误仿真,就先象征性的铺了一层。”  I  S6 d  W5 R- \: C" n
听到如此淡定的理由,高速先生不淡定了:这种想法很危险,如果不扼杀在摇篮里,在可预见的未来,电源仿真会遇到更多的“灵异事件”。为了让雷工迷途知返,高速先生在保持电源设计相同的情况下,对比了不同的GND平面数量对电源直流压降的影响。恢复了6层GND平面,仿真结果如下,回流平面的直流压降仅为10.2mV,用电芯片端的直流压降也可以满足±3%的要求:
! A5 D- i  }# l8 j
减少至4层GND平面,回流平面的直流压降增加到14.6mV:
3 E1 Z# a  x; c2 w4 Z: a: Z
减少至2层GND平面,回流平面的直流压降继续增加,至28mV:
7 i7 R. x& Q  x, p
不难发现,随着GND平面的减少,GND平面上的直流压降随之增大,从而导致电源回路的整体压降恶化,最差的情况就是压降超标,所以仅保留一层GND平面时,回路路径的压降达到53.5mV也就不足为奇了。原理很简单:电源回路的直流压降分为两个部分,除了电源路径上的压降,还要考虑回流路径上的压降,二者的处理同等重要。5 f- w6 k9 s* L
在铁的事实面前,雷工终于放弃了顽固的抵抗,流下了悔恨的泪水认识到了问题的严重性,羞愧的低下了头。
# @7 X5 ]& p/ ^3 X1 h$ i, F) I

% o( A! h$ ^. z+ m

& l, {- U; E% H. Y4 P3 R+ [
. a2 g5 B1 L: Z: h4 \) E
$ @; `8 N1 R7 z* h7 \" }8 C# E

- c/ k8 M  Y* A1 r% I

) a$ @" b) u& W5 Z, U/ d) p

5 p: _" |; s; B% M

/ v5 _' s0 `; I" p0 X

0 y9 s2 g& s$ m2 X% X/ F

/ w" D5 c" [3 J* _1 j
8 ~" H$ a8 \7 j: C4 g9 h
. ?* r; W3 n4 N$ i8 R" u3 ^
  v) K8 a+ l3 h/ T1 O. B& s
一博科技专注于高速PCB设计、PCB生产、SMT贴片、物料代购http://www.edadoc.com
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

推荐阅读更多+
热门评论
广告位

信息推荐

更多+

最新信息

更多+

关注我们

凡亿公众号

教育课堂

全国服务热线:

156-1688-0848

PCB制板下单邮箱:pcb@fany-eda.com

Layout设计邮箱:layout@fanypcb.com

公司地址:深圳市宝安区西乡街道河东社区新城广场3层2211-C347

长沙分部:长沙麓谷高新区麓谷新长海中心B3栋3楼304-305

工厂地址:广东省深圳市宝安区沙井镇沙头裕民路6号

Copyright   ©2015-2016  PCB联盟网|中国PCB论坛|PCB电子技术论坛  Powered by©Discuz!  技术支持:凡亿教育    ( 粤ICP备14065604号 )|网站地图