|
高速先生成員--黃剛 誠如高速先生所言，其實(shí)電源的直流壓降和通流設計和仿真背后的原理真的很簡(jiǎn)單，那就是初中就學(xué)過(guò)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(zhì)。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(shí)際鏈路中免不了會(huì )產(chǎn)生直流電阻R，因此最終需要電流I的Sink端的電壓就會(huì )比電源輸出端的U減少I(mǎi)*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(chǎn)生直流電阻R。再細化一下PCB的結構，其實(shí)就是電源的平面和換層過(guò)孔兩大部分所產(chǎn)生，一個(gè)是水平面上的電阻，例如銅皮寬度，層數，銅厚等；一個(gè)是垂直面上的電阻，例如過(guò)孔數量，過(guò)孔大小等。為什么說(shuō)大家普遍認為電源壓降和通流的設計比較簡(jiǎn)單呢，因為除了理論簡(jiǎn)單之外，行業(yè)內還有不少免費的小軟件可以在前期進(jìn)行銅皮和過(guò)孔的通流評估。 例如今天要講的關(guān)于過(guò)孔通流的設計問(wèn)題中，首先我們用一些軟件對電源過(guò)孔通流進(jìn)行評估，在軟件中輸入具體過(guò)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(gè)10mil的過(guò)孔外，在約束溫升10度的情況下能過(guò)1A左右的電流。 嗯，然后我們就會(huì )根據不同過(guò)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(jìn)行推廣，相當于給出不仿真情況下的過(guò)孔通流規則。 剛好Chris這周去我司的蘇州分部出差，路過(guò)設計部時(shí)，無(wú)意中看到工作經(jīng)驗2年左右的小云同學(xué)在處理一個(gè)電源的設計。湊近一看，那是一個(gè)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(xué)非常規整的在進(jìn)BGA的邊界處打了一排電源過(guò)孔進(jìn)行換層。大概數了下，40個(gè)過(guò)孔左右。 小云看到Chris后，于是很自豪的說(shuō)，按照高速先生給出的約束，1個(gè)10mil的過(guò)孔能過(guò)1A的電流，理論上20個(gè)過(guò)孔就可以過(guò)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(lái)還行哈，過(guò)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(guò)在Chris這里看來(lái)，還是發(fā)現一些隱藏的問(wèn)題，還可以有進(jìn)一步去優(yōu)化的空間。于是在拜訪(fǎng)客戶(hù)之余的時(shí)間，拿著(zhù)這個(gè)版本簡(jiǎn)單的做了個(gè)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(jìn)行培訓，順便就拿出了小云這個(gè)設計的案例進(jìn)行分享。首先Chris讓大家暢所欲言，看看這個(gè)電源設計怎么樣？大部分同事都覺(jué)得挑不出太多毛病，過(guò)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(jīng)驗，隱隱感覺(jué)有點(diǎn)問(wèn)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(huà)這個(gè)設計沒(méi)有問(wèn)題，斜方向下來(lái)的電流感覺(jué)有點(diǎn)奇怪。 正所謂事出反常必有妖，有經(jīng)驗的設計工程師其實(shí)會(huì )下意識的感覺(jué)到不是很對，但是只是沒(méi)法將這種感覺(jué)量化出來(lái)。于是Chris分享了小云同學(xué)這個(gè)過(guò)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(gè)過(guò)孔的通流仿真結果中，每個(gè)過(guò)孔的通流差異灰常的巨大，實(shí)際也就只有右邊的10個(gè)8個(gè)過(guò)孔能真正通流，左邊的20個(gè)以上幾乎不怎么過(guò)電流。最右邊的過(guò)孔居然有超過(guò)2.5A電流要承載。從原理上我們也知道，過(guò)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(fā)熱嚴重，把自己燒了。 最后再稍微總結下唄。不是說(shuō)一個(gè)過(guò)孔評估起來(lái)就過(guò)1A嗎，更何況20A電流打了40個(gè)過(guò)孔，理論上1個(gè)過(guò)孔平均分0.5A就行了嗎，為什么會(huì )出現過(guò)孔間通流那么大差異的情況？問(wèn)題這不就出在“理論上”這三個(gè)字嘛。一些簡(jiǎn)單的評估軟件是理論上的評估，它沒(méi)法預料到電流要經(jīng)過(guò)具體哪些區域，只是單純的對這個(gè)過(guò)孔本身進(jìn)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(lèi)似這樣的案例進(jìn)行了原理的分析并分享了一些優(yōu)化的方案，大家聽(tīng)完后，突然自己又可以了。原來(lái)知道是什么影響了過(guò)孔間通流差異的現實(shí)版“歐姆定律”后，其實(shí)電流的設計也還是不是很難的嘛。 問(wèn)題：到底這個(gè)設計過(guò)孔間通流差異巨大的原因是啥？如果是你們，又會(huì )怎么去優(yōu)化呢？歡迎踴躍討論哈！ |
