作者：劉為霞 一博科技高速先生團(tuán)隊(duì)隊(duì)員
在PCB設(shè)計(jì)中，電源是不可忽略的一個(gè)話(huà)題，尤其是現(xiàn)在很多產(chǎn)品的電源電壓越來(lái)越低，電流越來(lái)越大，動(dòng)輒幾百安培，所以現(xiàn)在大家對(duì)電源完整性也就越來(lái)越關(guān)注，這篇重點(diǎn)講下電源壓降的一些問(wèn)題。
理論上來(lái)講，計(jì)算壓降，應(yīng)用到的應(yīng)該是初中的物理知識(shí)，電源壓降<V*tolerance=I*R(直流電阻)，可以說(shuō)是非常簡(jiǎn)單了。減小壓降方法也是眾所周知，只要減小電源路徑及回流路徑上的直流阻抗就好。所以在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候，layout工程師肯定經(jīng)常聽(tīng)到下面的要求：
“XX工，麻煩把這些8mil的小孔換成16mil的大孔。”
“XX工，這個(gè)電源不能多次換層，麻煩調(diào)整下。”
“XX工，這個(gè)電源層換成2OZ銅箔�！�
很多自信的工程師估計(jì)會(huì)想，不就是載流能力嗎，我都按照經(jīng)驗(yàn)公式算好了過(guò)孔數(shù)量和銅皮寬度的，電源肯定妥妥的，不可能有問(wèn)題的，我已經(jīng)過(guò)了會(huì)隨隨便便被驢的年紀(jì)了。
實(shí)際上，壓降就只看用電端的電壓大小嗎？并不是，電源壓降是一個(gè)牽一發(fā)而動(dòng)全身的系統(tǒng)，修改系統(tǒng)中的任何一個(gè)參數(shù)都會(huì)影響最終的結(jié)果。想要了解這個(gè)系統(tǒng)，就要知道電源的流向。
如圖所示，上面是一個(gè)電源平面，標(biāo)識(shí)出來(lái)的路線(xiàn)是電流密度最高的部分，綠色部分是電源到回流地平面的最近路徑。從上面可以看出，越近的路徑上，通過(guò)的電流越多一些，電流就像我們?nèi)艘粯樱彩潜容^喜歡走捷徑的，都想挑電阻比較小的路徑通過(guò)，保存實(shí)力到用電端。這個(gè)特性就會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域的電流密度偏大以及部分過(guò)孔通過(guò)的電流比較大。所以并不是按照經(jīng)驗(yàn)公式添加相應(yīng)數(shù)量的過(guò)孔，電流就會(huì)按照平均分配的方式通過(guò)過(guò)孔。這就導(dǎo)致一些過(guò)孔通過(guò)的電流超過(guò)能力范圍，可能板子使用一段時(shí)間之后，過(guò)孔中間會(huì)斷裂，影響過(guò)孔壽命，也影響板子的使用周期。所以對(duì)于一些大電流的電源，過(guò)孔加的整整齊齊可能反而會(huì)影響過(guò)孔電流的大小，這時(shí)候加過(guò)孔是有技巧的，也是靠近電源輸出的過(guò)孔電流會(huì)越大，這種情況就建議通過(guò)仿真來(lái)指導(dǎo)添加過(guò)孔陣列。對(duì)于電流密度而言也是一樣，電源輸出端和用電端之間最近的路徑上，電流密度會(huì)比較大，如果最近的路徑上正好是瓶頸區(qū)域的話(huà)，需要修改電源路徑。
還有一個(gè)因素對(duì)于電源的壓降也有影響，就是溫度和風(fēng)速，溫度主要影響到的是導(dǎo)體電阻率，溫度升高，電阻率也會(huì)變大，隨之導(dǎo)體中的直流電阻也會(huì)增大。所以大功耗的情況下電源設(shè)計(jì)還需要考慮散熱的問(wèn)題。
總結(jié)一下，我們?cè)O(shè)計(jì)電源的時(shí)候，除了滿(mǎn)足載流的銅皮寬度和過(guò)孔數(shù)量，還需要關(guān)注每個(gè)過(guò)孔的電流大小，電源路徑上的電流密度，以及板子的工作環(huán)境，溫升等因素。 |
