作者：劉為霞 一博科技高速先生團隊隊員
在PCB設(shè)計中，電源是不可忽略的一個話題，尤其是現(xiàn)在很多產(chǎn)品的電源電壓越來越低，電流越來越大，動輒幾百安培，所以現(xiàn)在大家對電源完整性也就越來越關(guān)注，這篇重點講下電源壓降的一些問題。
理論上來講，計算壓降，應(yīng)用到的應(yīng)該是初中的物理知識，電源壓降<V*tolerance=I*R(直流電阻)，可以說是非常簡單了。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)計的時候，layout工程師肯定經(jīng)常聽到下面的要求：
“XX工，麻煩把這些8mil的小孔換成16mil的大孔�！�
“XX工，這個電源不能多次換層，麻煩調(diào)整下。”
“XX工，這個電源層換成2OZ銅箔。”
很多自信的工程師估計會想，不就是載流能力嗎，我都按照經(jīng)驗公式算好了過孔數(shù)量和銅皮寬度的，電源肯定妥妥的，不可能有問題的，我已經(jīng)過了會隨隨便便被驢的年紀了。
實際上，壓降就只看用電端的電壓大小嗎？并不是，電源壓降是一個牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)，修改系統(tǒng)中的任何一個參數(shù)都會影響最終的結(jié)果。想要了解這個系統(tǒng)，就要知道電源的流向。
如圖所示，上面是一個電源平面，標識出來的路線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，通過的電流越多一些，電流就像我們?nèi)艘粯�，也是比較喜歡走捷徑的，都想挑電阻比較小的路徑通過，保存實力到用電端。這個特性就會導(dǎo)致部分區(qū)域的電流密度偏大以及部分過孔通過的電流比較大。所以并不是按照經(jīng)驗公式添加相應(yīng)數(shù)量的過孔，電流就會按照平均分配的方式通過過孔。這就導(dǎo)致一些過孔通過的電流超過能力范圍，可能板子使用一段時間之后，過孔中間會斷裂，影響過孔壽命，也影響板子的使用周期。所以對于一些大電流的電源，過孔加的整整齊齊可能反而會影響過孔電流的大小，這時候加過孔是有技巧的，也是靠近電源輸出的過孔電流會越大，這種情況就建議通過仿真來指導(dǎo)添加過孔陣列。對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，電流密度會比較大，如果最近的路徑上正好是瓶頸區(qū)域的話，需要修改電源路徑。
還有一個因素對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，電阻率也會變大，隨之導(dǎo)體中的直流電阻也會增大。所以大功耗的情況下電源設(shè)計還需要考慮散熱的問題。
總結(jié)一下，我們設(shè)計電源的時候，除了滿足載流的銅皮寬度和過孔數(shù)量，還需要關(guān)注每個過孔的電流大小，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。
