高速（sù）先生成員（yuán）--黃剛

最（zuì）近的文章（zhāng）要麽就是圍繞著（zhe）高速優化來講，要麽就一直研究（jiū）加工因素對信號的影（yǐng）響，我（wǒ）懂的，看到大家都有點審美疲勞了是吧。或（huò）者另外有一幫（bāng）朋友們內心都開始抱怨了：我（wǒ）的產品又沒那（nà）麽高速，你（nǐ）們老在講高速這玩意，沒有我的閱（yuè）讀和點讚，怪不得你們的文章閱讀量那麽低（dī）了。Sorry，sorry，高速先生肯（kěn）定不僅僅是高速啦，那今兒我們就變個花樣，我們（men）來講講電源的設計案例！

電源設計（jì），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（piàn）的發熱不（bú）要那麽大？高速先生可（kě）以很負責任的告訴大家，其實。。。它（tā）們都很重要（yào）！先別罵人啊，的確是這樣的（de），另外上述說到的三者（zhě）互相是有關（guān）聯的啊，電流密度小了，達到負載端的（de）壓降直接就跌落小啊，然後電流密度小，板子和芯片的發熱自然也變小嘛……

所以在我們心目中認為電源設計要關注的最重要的指標已經呼之欲出（chū）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（mì）度，從字麵來理解也灰常的簡單，那就是單位麵積的電流大小，所以它的單位一般在PCB範疇就（jiù）是A/mm2，概念（niàn）很簡單。哪怕不看PCB板的（de）話，要是問你怎麽降低電源的電流密度，估計（jì）大家也能說（shuō）出個所以然來，要使單位麵積的電流變小，也那麽就是加大電源平麵，或者增加電源平麵層，又或者增加電源平（píng）麵層（céng）的銅厚，so easy！

是的，上麵的方法在具（jù）體的PCB設計中操作（zuò）也是成立的，今天給大家show一個例子（zǐ）。

最近做了一（yī）個盲埋孔的高速板卡設計，怎（zěn）麽！又（yòu）要說高速？別那麽敏感嘛，我們的意思隻是想表達，為了高速信號，這個板子要用盲埋孔的設計來做，也包括芯片的電源設計嘛。VRM電源（yuán）芯片在主芯（xīn）片的左邊累給它供電，如下圖所示：

針（zhēn）對這個芯片的這一路大電流電源（大（dà）概30A）的設計，仿真一開始（shǐ）是沒介入這個項（xiàng）目的，隻是我司的設計工程師（shī）自行設計，當然也是有經驗的工程（chéng）師了，畢竟這個板子是比（bǐ）較高速的（de）盲埋孔的板。那針對這一路電源（yuán），這位工程師的設計其實也沒什麽太多可挑剔的，看到下圖這個（gè）主要的電（diàn）源平麵層設計，工程師已經根據電流（liú）大小，按照經驗用上了1Oz的銅箔，除了必（bì）要的一些其他信號的過孔避讓外，該鋪大的也鋪（pù）得比較大了。

嗯，看著應該還（hái）行，不（bú）過後麵客戶還（hái）是不放心，同步增加了這個大電流電源的仿真。這個項目（mù）由我們SI這邊（biān）的工（gōng）程師小春來負責，小春是一名很嚴謹（jǐn）的SI工程師，也是由我司設計部作為一名優秀的設計工程師轉崗過來的同事，對PCB設計也是輕車（chē）熟路。一開（kāi）始（shǐ）小春就立馬對設計同事的這個電（diàn）源設（shè）計版本進行了建模仿真，不仿不知道（dào），一仿還真是嚇了6跳。看起來電流也不是很大，平麵也鋪得比較不（bú）錯，居然電流密度在瓶頸位置（zhì）達到（dào）了接近250A/ mm2那麽高（gāo）！！！

雖（suī）然對電流密（mì）度的（de）定義（yì）本身行業內還不算有一（yī）個明確的標準，不過根據我司的經驗，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（lì）如在BGA區域要盡量做到200A/ mm2以內，有條件的話最好做到150A /mm2以（yǐ）內就更好了。完（wán）了，還認為可以立（lì）馬（mǎ）投板了，仿真了才知道原來電流密度那麽難（nán）做好。

慌倒是不慌，看（kàn）到這個結果後，連PCB工程師都知道怎麽解決，為什麽要慌呢，是吧。於是PCB工程師就提了（le）個非（fēi）常切實而高效（xiào）的建議，啥設計都不用（yòng）改，直接把（bǎ）電（diàn）源平麵層的銅厚從現（xiàn）在的10z增加到2Oz唄！

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

交差（chà）交差，讓（ràng）板廠重（chóng）新備料（liào），由之前用的10z銅變成（chéng）20z銅。重新備料？對，因為是高速板材，本身已經按（àn）照10z去備料了，當時大家（jiā）都覺得也就30A的電流，10z夠夠的嘛，所以就去備料了啊（ā），這個時候料到快備好（hǎo）了，你（nǐ）突（tū）然告訴我你要改20z，這不肯定（dìng）需要重新備啊，時間多2周……

客戶時間來（lái）不及啊（ā），急著要拿到板子（zǐ）去（qù）驗證！那咋辦，看起來10z是（shì）改不了啦！壓力全給到了SI工程師小春這裏，因（yīn）為（wéi）隻能看看能不能改這個電源的（de）設計盡量把電流密度（dù）降（jiàng）點一丟丟了。還好小春本身有（yǒu）深厚的（de）設計功底，可以快速的自己修改設計然後再仿真驗證迭代，他注意到原設計（jì）電流密度高的地方（fāng），也（yě）就是（shì）瓶頸區域，是在其他信（xìn）號過孔反（fǎn）焊盤的夾縫處，要麽有沒有一種可能，隻要能把這個地方瓶頸位置的平麵變大，應該能降低比較可（kě）觀的（de）電流密度值。小春留意到這塊是（shì）盲埋（mái）孔的設計，按照中間層的其他信號的過孔（kǒng）設計就會變得有更多（duō）的自由度了，於是小春很快就改（gǎi）出了（le）一個版本，如（rú）下所示（shì）：

小（xiǎo）春（chūn）把之前從左邊的VRM進來到後麵芯片（piàn）電流路徑流向的其他（tā）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麵（miàn）就寬了不小！嗯，理（lǐ）論（lùn）是應該非常的good，然後小春再把這個自己改出來的版本仿真驗（yàn）證下（xià），電流密度的改善度賊大！直接從之（zhī）前豎著打的（de）250A/mm2降到了（le）160A/mm2，很好的達到了指標！

最（zuì）後總結兩句，這篇文章對設計工程師就很不“友好”了？明明可以很簡簡（jiǎn）單單增加銅厚解決的事情，非要重新改設計來（lái）做好！改（gǎi）設計（jì）又花時間又（yòu）花精力，還不（bú）一定（dìng）能改出來。但是轉念一想，這樣（yàng）的話既（jì）能（néng）很好的促進設計工（gōng）程師的設計水平，又能通過實踐提高自己相關的SI理論，最重要的是能很好的保證客戶既定（dìng）的一些交期目標，難是難（nán）了點，但是帶來的好處（chù）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（shǎo）0z或者多少層電源平麵層來設計呢？

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