電源平面分明綽綽有余，直流壓降緣何岌岌可危？

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原創(chuàng)文 | 姜杰 （一博科技高速先生團隊隊員)


( b+ z& z9 u% C新年新氣象，改板新問題。說出來你可能不信，90A的電流，電源平面留足兩層2oz銅，電源直流壓降仿真居然掛了！事出反常必有妖，且跟高速先生一起一探究竟。

都說節(jié)前忙瘋，節(jié)后放松，高速先生的這個開年卻不太輕松，因為新春伊始就來了個急活：客戶的一個加急改板有電源仿真需求。layout攻城獅雷工（沒錯，還是那個雷工《400A的電源，就問你怕不怕？》）也夠給力，半天功夫就把電源改了出來，為了配合交期，先把過程版本的文件發(fā)來進行電源仿真。
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電源電壓0.85V，電流90A，直流壓降要求±3%，同時，為了趕進度，客戶這次改板沒有改動層疊，仍然保留了之前的兩層2oz電源平面。根據(jù)高速先生的經(jīng)驗，似乎手到擒來不費力，一切盡在掌握里，實際的情況卻是事與愿違，IR-drop仿真得到的直流壓降偏偏不過關(guān)！

幻覺，這一定是幻覺。于是，回過頭仔細從層疊復查起：電源平面層數(shù)和銅厚沒問題。
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再看鋪銅處理，電源平面的戶型方正、邊角精修，還有額外贈送面積（除電源平面層，信號層也有補充鋪銅），銅皮既沒有出砂孔隔斷，又沒有瓶頸區(qū)域，也沒毛病。

莫非電源模塊（VRM）距離用電芯片(SINK)太遠導致路徑上的直流壓降超標？可是，檢查發(fā)現(xiàn)二者平均距離也就40mm左右，產(chǎn)生的壓降不至于太大。
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分析至此，問題仿佛陷入了死胡同。沒奈何，只能生成完整的仿真報告逐項核對，看看能不能找到點蛛絲馬跡，結(jié)果，還真就揪出了“元兇”！
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回流平面（GND）的壓降居然有53.5mV！也就是說整體3%的壓降要求，僅僅GND的壓降就已經(jīng)超標，達到了6.3%！

這不科學，6層0.5oz的GND平面怎么會有這么大的直流壓降？一查單板GND層，一口老血差點沒憋住，結(jié)果令人啼笑皆非：PCB文件中只鋪了一層GND平面！這可真是“一頓操作猛如虎，回流平面忘了補”。雷工的解釋云淡風輕：“趕時間嘛，電源平面處理好就能仿電源了吧，至于GND平面，還在處理反焊盤，為了不耽誤仿真，就先象征性的鋪了一層�！�
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聽到如此淡定的理由，高速先生不淡定了：這種想法很危險，如果不扼殺在搖籃里，在可預見的未來，電源仿真會遇到更多的“靈異事件”。為了讓雷工迷途知返，高速先生在保持電源設(shè)計相同的情況下，對比了不同的GND平面數(shù)量對電源直流壓降的影響�；謴土�6層GND平面，仿真結(jié)果如下，回流平面的直流壓降僅為10.2mV，用電芯片端的直流壓降也可以滿足±3%的要求：
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減少至4層GND平面，回流平面的直流壓降增加到14.6mV：

減少至2層GND平面，回流平面的直流壓降繼續(xù)增加，至28mV：

不難發(fā)現(xiàn)，隨著GND平面的減少，GND平面上的直流壓降隨之增大，從而導致電源回路的整體壓降惡化，最差的情況就是壓降超標，所以僅保留一層GND平面時，回路路徑的壓降達到53.5mV也就不足為奇了。原理很簡單：電源回路的直流壓降分為兩個部分，除了電源路徑上的壓降，還要考慮回流路徑上的壓降，二者的處理同等重要。

在鐵的事實面前，雷工終于放棄了頑固的抵抗，流下了悔恨的淚水認識到了問題的嚴重性，羞愧的低下了頭。

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