高速先生成員--黃剛

最近的文章要么就是圍繞著高速優(yōu)化來講，要么就一直研究加工因素對信號的影響，我懂的，看到大家都有點審美疲勞了是吧?；蛘吡硗庥幸粠团笥褌儍?nèi)心都開始抱怨了：我的產(chǎn)品又沒那么高速，你們老在講高速這玩意，沒有我的閱讀和點贊，怪不得你們的文章閱讀量那么低了。Sorry，sorry，高速先生肯定不僅僅是高速啦，那今兒我們就變個花樣，我們來講講電源的設(shè)計案例！

電源設(shè)計，大家覺得最重要的哪個指標呢，是達到負載端的壓降要滿足要求，還是路徑中的電流密度不能太超標，還是板子和芯片的發(fā)熱不要那么大？高速先生可以很負責任的告訴大家，其實。。。它們都很重要！先別罵人啊，的確是這樣的，另外上述說到的三者互相是有關(guān)聯(lián)的啊，電流密度小了，達到負載端的壓降直接就跌落小啊，然后電流密度小，板子和芯片的發(fā)熱自然也變小嘛……

所以在我們心目中認為電源設(shè)計要關(guān)注的最重要的指標已經(jīng)呼之欲出了，那就是電流密度！它好了，其他指標就一定會變好。所謂電流密度，從字面來理解也灰常的簡單，那就是單位面積的電流大小，所以它的單位一般在PCB范疇就是A/mm2，概念很簡單。哪怕不看PCB板的話，要是問你怎么降低電源的電流密度，估計大家也能說出個所以然來，要使單位面積的電流變小，也那么就是加大電源平面，或者增加電源平面層，又或者增加電源平面層的銅厚，so easy！

是的，上面的方法在具體的PCB設(shè)計中操作也是成立的，今天給大家show一個例子。

最近做了一個盲埋孔的高速板卡設(shè)計，怎么！又要說高速？別那么敏感嘛，我們的意思只是想表達，為了高速信號，這個板子要用盲埋孔的設(shè)計來做，也包括芯片的電源設(shè)計嘛。VRM電源芯片在主芯片的左邊累給它供電，如下圖所示：

針對這個芯片的這一路大電流電源（大概30A）的設(shè)計，仿真一開始是沒介入這個項目的，只是我司的設(shè)計工程師自行設(shè)計，當然也是有經(jīng)驗的工程師了，畢竟這個板子是比較高速的盲埋孔的板。那針對這一路電源，這位工程師的設(shè)計其實也沒什么太多可挑剔的，看到下圖這個主要的電源平面層設(shè)計，工程師已經(jīng)根據(jù)電流大小，按照經(jīng)驗用上了1Oz的銅箔，除了必要的一些其他信號的過孔避讓外，該鋪大的也鋪得比較大了。

嗯，看著應該還行，不過后面客戶還是不放心，同步增加了這個大電流電源的仿真。這個項目由我們SI這邊的工程師小春來負責，小春是一名很嚴謹?shù)腟I工程師，也是由我司設(shè)計部作為一名優(yōu)秀的設(shè)計工程師轉(zhuǎn)崗過來的同事，對PCB設(shè)計也是輕車熟路。一開始小春就立馬對設(shè)計同事的這個電源設(shè)計版本進行了建模仿真，不仿不知道，一仿還真是嚇了6跳?？雌饋黼娏饕膊皇呛艽?，平面也鋪得比較不錯，居然電流密度在瓶頸位置達到了接近250A/ mm2那么高！?。?/p>

雖然對電流密度的定義本身行業(yè)內(nèi)還不算有一個明確的標準，不過根據(jù)我司的經(jīng)驗，也包括和其他大公司的一些合作，大體還是達成了一些共識。例如在BGA區(qū)域要盡量做到200A/ mm2以內(nèi)，有條件的話最好做到150A /mm2以內(nèi)就更好了。完了，還認為可以立馬投板了，仿真了才知道原來電流密度那么難做好。

慌倒是不慌，看到這個結(jié)果后，連PCB工程師都知道怎么解決，為什么要慌呢，是吧。于是PCB工程師就提了個非常切實而高效的建議，啥設(shè)計都不用改，直接把電源平面層的銅厚從現(xiàn)在的10z增加到2Oz唄！

不得不說，還真的賊有效！設(shè)計完全不用變，按照20z的銅厚重新仿真的話，電流密度從10z的250A/ mm2直接降到不到132 A/ mm2，指標滿足得簡直不能再好了。

交差交差，讓板廠重新備料，由之前用的10z銅變成20z銅。重新備料？對，因為是高速板材，本身已經(jīng)按照10z去備料了，當時大家都覺得也就30A的電流，10z夠夠的嘛，所以就去備料了啊，這個時候料到快備好了，你突然告訴我你要改20z，這不肯定需要重新備啊，時間多2周……

客戶時間來不及啊，急著要拿到板子去驗證！那咋辦，看起來10z是改不了啦！壓力全給到了SI工程師小春這里，因為只能看看能不能改這個電源的設(shè)計盡量把電流密度降點一丟丟了。還好小春本身有深厚的設(shè)計功底，可以快速的自己修改設(shè)計然后再仿真驗證迭代，他注意到原設(shè)計電流密度高的地方，也就是瓶頸區(qū)域，是在其他信號過孔反焊盤的夾縫處，要么有沒有一種可能，只要能把這個地方瓶頸位置的平面變大，應該能降低比較可觀的電流密度值。小春留意到這塊是盲埋孔的設(shè)計，按照中間層的其他信號的過孔設(shè)計就會變得有更多的自由度了，于是小春很快就改出了一個版本，如下所示：

小春把之前從左邊的VRM進來到后面芯片電流路徑流向的其他信號過孔的扇出方式從之前的豎著打變成橫著打，這樣看起來過孔反焊盤之間的有效通流平面就寬了不小！嗯，理論是應該非常的good，然后小春再把這個自己改出來的版本仿真驗證下，電流密度的改善度賊大！直接從之前豎著打的250A/mm2降到了160A/mm2，很好的達到了指標！

最后總結(jié)兩句，這篇文章對設(shè)計工程師就很不“友好”了？明明可以很簡簡單單增加銅厚解決的事情，非要重新改設(shè)計來做好！改設(shè)計又花時間又花精力，還不一定能改出來。但是轉(zhuǎn)念一想，這樣的話既能很好的促進設(shè)計工程師的設(shè)計水平，又能通過實踐提高自己相關(guān)的SI理論，最重要的是能很好的保證客戶既定的一些交期目標，難是難了點，但是帶來的好處還是很多的哈！

問題：遇到不同的電流值，例如從10A到100A，你們分別會選擇多少0z或者多少層電源平面層來設(shè)計呢？

關(guān)于一博：

一博科技成立于2003年3月，深圳創(chuàng)業(yè)板上市公司，專注于高速PCB設(shè)計、SI/PI仿真分析等技術(shù)服務，并為研發(fā)樣機及批量生產(chǎn)提供高品質(zhì)、短交期的PCB制板與PCBA生產(chǎn)服務。致力于打造一流的硬件創(chuàng)新平臺，加快電子產(chǎn)品的硬件創(chuàng)新進程，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

一博珠海板廠：

位于珠海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，坐擁PCB產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)人才資源及完善的產(chǎn)業(yè)配套。專注于高端快件，提供高品質(zhì)的高多層、高速、高精密、HDI等PCB生產(chǎn)制造。聚焦國內(nèi)高端快件細分市場，PCB廣泛應用于ATE、AI算力、服務器、工控、通信、汽車、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇