电子产业一站式赋能平台

PCB联盟网

搜索
查看: 3753|回复: 0
收起左侧

电源平面分明绰绰有余,直流压降缘何岌岌可危?

[复制链接]

217

主题

507

帖子

4450

积分

四级会员

Rank: 4

积分
4450
发表于 2020-2-18 10:53:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
原创文 | 姜杰 (一博科技高速先生团队队员)
8 Y+ h- K- Q0 R1 w" R- n. d5 k6 K) J5 ^# g% o5 r* o; l) W
# p' M, U4 K) a6 t" x
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。
+ G/ }$ F# q* ?1 b) x) ]
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。% {8 I: j+ h0 C, R- r
1 ?+ N( I2 h6 |6 a
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!
5 }1 q6 H+ O0 W4 s; R" ^& h
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。
2 s2 n, O4 f' T# i& b: G5 z
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。+ ?4 l* R8 C& K6 ?+ s  V
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。
3 j9 t2 j) L2 n* S1 g
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”!7 r& Z+ [& X. {* F  m5 v' t# q
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%!
' I9 E% i. c; _
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。”. @. B& s3 j* L, ~) F
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:
) k: F+ m+ l4 ~( i6 _
减少至4层GND平面,回流平面的直流压降增加到14.6mV:$ G* q( d+ t" r+ x6 X
减少至2层GND平面,回流平面的直流压降继续增加,至28mV:
" a3 I5 n3 C9 h. h0 y1 p1 k
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。
" B% O. ^7 G7 N, t1 p
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。

& [6 D/ v$ v& {+ R. U- T* t" \9 F
* H* J% q& |0 {: c. C( y& |
8 y: \# Z: U& W3 S
/ K- P0 h( v& w& _$ ~3 q
" y6 O7 V" W4 c; t1 ?

; M: G( j# K" f" d+ m- g- h

9 e" r1 c7 C9 f  M% M8 N
! \& Q$ i: R1 s  g- Y$ o

+ L9 X) j4 Z3 H' _, n; n' a

' U8 g- l# b$ g# g3 n$ Y

% x2 @2 s0 |3 w, ]
. F) `9 K1 G8 b* H3 I' p

* t& |" z  X: G" \* C+ u$ q) p% j) Y: D/ x7 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

发表回复

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则


联系客服 关注微信 下载APP 返回顶部 返回列表