不改平面不加層,微調走線(xiàn)抬電平

發(fā)布時(shí)間:2022-10-20 14:15    發(fā)布者:edadoc2003
作者:一博科技高速先生成員  姜杰
設計組有個(gè)小伙子叫小博,入職剛滿(mǎn)一年,今天收到了公司發(fā)來(lái)的暖心郵件。

他卻高興不起來(lái),因為昨晚收到了一封電源仿真結果的郵件:自己獨立接手的第一個(gè)設計任務(wù),到了投板的節骨眼,直流壓降有問(wèn)題。
正可謂:
曾因壓降夜難寐,猶為阻抗困愁城。
世間無(wú)限丹青手,一片憂(yōu)心畫(huà)不成。
小博一夜難眠,一大早就來(lái)求助高速先生。

看著(zhù)小博急切又期待的眼神,高速先生認真查了下板,最后給出的建議是,問(wèn)題不大,不改平面不加層,動(dòng)動(dòng)走線(xiàn)就能行。小博半信半疑……
電源的直流壓降,作為衡量電源性能的一個(gè)重要指標,用電芯片端的要求通常會(huì )以電壓百分比的方式給出,例如下表的DDR5的VDD,直流壓降要求為-3%~+6%

不過(guò),越來(lái)越多的芯片手冊直接對電源路徑的直流電阻提出要求,以DCR(Direct Current Resistance)阻值的形式給出。


再來(lái)看看小博遇到的這個(gè)電源,電源電壓0.85V,用電芯片端的壓降要求:-1%~-+1%.
原設計文件的仿真結果如下:VRM輸出916mV,到達用電芯片的電壓為833mV,不滿(mǎn)足壓降要求。


此時(shí),電源DCR為2.66mΩ。


按照高速先生的建議,微調走線(xiàn)后,用電芯片的電壓增加至846mV。

結果竟然達標了!小博驚掉了下巴,這……


電源DCR卻保持不變,仍然是2.66mΩ


修改前后的電源通道完全沒(méi)有變化,電源DCR均為2.66mΩ,可是用電芯片端的電壓怎么就神奇的抬起來(lái)了呢?玄機就在電源輸出的變化。
修改前,VRM輸出916 mV。


修改后,VRM輸出增加至929mV。


VRM輸出電平抬高,電源路徑壓降不變,用電芯片端的電壓可不就水漲船高嘛。
有經(jīng)驗的Layout攻城獅應該已經(jīng)猜到了小博的問(wèn)題出在哪了。


沒(méi)錯,由于經(jīng)驗不足,小博原設計的電壓反饋點(diǎn)設置在了近端,太靠近VRM。

為了抬高VRM的輸出電平,高速先生建議將反饋點(diǎn)調整至遠端,修改后的版本如下,靠近了用電芯片:


僅通過(guò)調整VRM的電壓反饋走線(xiàn),不涉及電源平面和層疊的修改,就能讓用電芯片的電壓滿(mǎn)足要求,簡(jiǎn)直是懶人福音,不過(guò),前提是VRM有電壓反饋的功能,而且,電壓輸出調整幅度也有一定的范圍,不能任性。
與電壓百分比的方式相比,有些芯片手冊對電源DCR提出要求也有它的道理,它可以更加直接的反映電源通道本身的參數。作為電源通道的重要組成部分,電源平面可以視為方塊電阻,而方塊電阻的阻值與面積和厚度有關(guān),因此,DCR的大小也與銅皮的有效面積和厚度有關(guān)系。
這里可以再做個(gè)仿真對比,說(shuō)明DCR的變化對電源的影響。還是使用上面的仿真文件,為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,刪除了電壓反饋線(xiàn),VRM輸出電壓將保持為0.85V,對比不同銅厚帶來(lái)的變化。按照當前的電源平面和層疊設置,直流壓降仿真結果如下:

因為通道沒(méi)有變化,電源路徑直流壓降仍然是83mV,電源DCR也保持不變,2.66mΩ。
我們把電源平面的銅厚由1oz增加到2oz,其它不變,再來(lái)看看仿真結果:

由于電源平面的銅厚增加,電源DCR由2.66mΩ減小到2.48mΩ,直流壓降也從83mV降低至76mV。由此可見(jiàn),電源通道本身的優(yōu)化確實(shí)可以減小DCR,進(jìn)而改善壓降。
經(jīng)驗豐富的攻城獅都知道,在單板設計后期改動(dòng)電源通道耗時(shí)費力,因此根據壓降和通流要求提前規劃電源就顯得格外重要。當然了,走彎路也是學(xué)習的一種方式,雖然效率不是最高的,但是,一定是記憶最深刻的,小博應該深有感觸。

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