不改平面不加層，微調走線(xiàn)抬電平

作者：一博科技高速先生成員  姜杰

設計組有個(gè)小伙子叫小博，入職剛滿(mǎn)一年，今天收到了公司發(fā)來(lái)的暖心郵件。

他卻高興不起來(lái)，因為昨晚收到了一封電源仿真結果的郵件：自己獨立接手的第一個(gè)設計任務(wù)，到了投板的節骨眼，直流壓降有問(wèn)題。
正可謂：
曾因壓降夜難寐，猶為阻抗困愁城。
世間無(wú)限丹青手，一片憂(yōu)心畫(huà)不成。

小博一夜難眠，一大早就來(lái)求助高速先生。

看著(zhù)小博急切又期待的眼神，高速先生認真查了下板，最后給出的建議是，問(wèn)題不大，不改平面不加層，動(dòng)動(dòng)走線(xiàn)就能行。小博半信半疑……

電源的直流壓降，作為衡量電源性能的一個(gè)重要指標，用電芯片端的要求通常會(huì )以電壓百分比的方式給出，例如下表的DDR5的VDD，直流壓降要求為-3%~+6%

不過(guò)，越來(lái)越多的芯片手冊直接對電源路徑的直流電阻提出要求，以DCR（Direct Current Resistance）阻值的形式給出。


再來(lái)看看小博遇到的這個(gè)電源，電源電壓0.85V，用電芯片端的壓降要求：-1%~-+1%.
原設計文件的仿真結果如下：VRM輸出916mV，到達用電芯片的電壓為833mV，不滿(mǎn)足壓降要求。


此時(shí)，電源DCR為2.66mΩ。

按照高速先生的建議，微調走線(xiàn)后，用電芯片的電壓增加至846mV。 

結果竟然達標了！小博驚掉了下巴，這……


電源DCR卻保持不變，仍然是2.66mΩ


修改前后的電源通道完全沒(méi)有變化，電源DCR均為2.66mΩ，可是用電芯片端的電壓怎么就神奇的抬起來(lái)了呢？玄機就在電源輸出的變化。
修改前，VRM輸出916 mV。


修改后，VRM輸出增加至929mV。


VRM輸出電平抬高，電源路徑壓降不變，用電芯片端的電壓可不就水漲船高嘛。
有經(jīng)驗的Layout攻城獅應該已經(jīng)猜到了小博的問(wèn)題出在哪了。

沒(méi)錯，由于經(jīng)驗不足，小博原設計的電壓反饋點(diǎn)設置在了近端，太靠近VRM。

為了抬高VRM的輸出電平，高速先生建議將反饋點(diǎn)調整至遠端，修改后的版本如下，靠近了用電芯片：


僅通過(guò)調整VRM的電壓反饋走線(xiàn)，不涉及電源平面和層疊的修改，就能讓用電芯片的電壓滿(mǎn)足要求，簡(jiǎn)直是懶人福音，不過(guò)，前提是VRM有電壓反饋的功能，而且，電壓輸出調整幅度也有一定的范圍，不能任性。
與電壓百分比的方式相比，有些芯片手冊對電源DCR提出要求也有它的道理，它可以更加直接的反映電源通道本身的參數。作為電源通道的重要組成部分，電源平面可以視為方塊電阻，而方塊電阻的阻值與面積和厚度有關(guān)，因此，DCR的大小也與銅皮的有效面積和厚度有關(guān)系。

這里可以再做個(gè)仿真對比，說(shuō)明DCR的變化對電源的影響。還是使用上面的仿真文件，為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，刪除了電壓反饋線(xiàn)，VRM輸出電壓將保持為0.85V，對比不同銅厚帶來(lái)的變化。按照當前的電源平面和層疊設置，直流壓降仿真結果如下：

因為通道沒(méi)有變化，電源路徑直流壓降仍然是83mV，電源DCR也保持不變，2.66mΩ。

我們把電源平面的銅厚由1oz增加到2oz，其它不變，再來(lái)看看仿真結果：

由于電源平面的銅厚增加，電源DCR由2.66mΩ減小到2.48mΩ，直流壓降也從83mV降低至76mV。由此可見(jiàn)，電源通道本身的優(yōu)化確實(shí)可以減小DCR，進(jìn)而改善壓降。
經(jīng)驗豐富的攻城獅都知道，在單板設計后期改動(dòng)電源通道耗時(shí)費力，因此根據壓降和通流要求提前規劃電源就顯得格外重要。當然了，走彎路也是學(xué)習的一種方式，雖然效率不是最高的，但是，一定是記憶最深刻的，小博應該深有感觸。