不改平面不加層,微調(diào)走線抬電平
發(fā)布時(shí)間:2022-10-24 17:38
作者:一博科技高速先生成員 姜杰
設(shè)計(jì)組有個(gè)小伙子叫小博,入職剛滿一年,今天收到了公司發(fā)來的暖心郵件。
他卻高興不起來,因?yàn)樽蛲硎盏搅艘环怆娫捶抡娼Y(jié)果的郵件:自己獨(dú)立接手的第一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù),到了投板的節(jié)骨眼,直流壓降有問題。
正可謂:
曾因壓降夜難寐,猶為阻抗困愁城。
世間無限丹青手,一片憂心畫不成。
小博一夜難眠,一大早就來求助高速先生。
看著小博急切又期待的眼神,高速先生認(rèn)真查了下板,最后給出的建議是,問題不大,不改平面不加層,動(dòng)動(dòng)走線就能行。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(biāo),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,越來越多的芯片手冊(cè)直接對(duì)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(shè)計(jì)文件的仿真結(jié)果如下:VRM輸出916mV,到達(dá)用電芯片的電壓為833mV,不滿足壓降要求。
此時(shí),電源DCR為2.66mΩ。
按照高速先生的建議,微調(diào)走線后,用電芯片的電壓增加至846mV。
結(jié)果竟然達(dá)標(biāo)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了呢?玄機(jī)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(yàn)的Layout攻城獅應(yīng)該已經(jīng)猜到了小博的問題出在哪了。
沒錯(cuò),由于經(jīng)驗(yàn)不足,小博原設(shè)計(jì)的電壓反饋點(diǎn)設(shè)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(diào)整至遠(yuǎn)端,修改后的版本如下,靠近了用電芯片:
僅通過調(diào)整VRM的電壓反饋?zhàn)呔€,不涉及電源平面和層疊的修改,就能讓用電芯片的電壓滿足要求,簡(jiǎn)直是懶人福音,不過,前提是VRM有電壓反饋的功能,而且,電壓輸出調(diào)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(cè)對(duì)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(shù)。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(duì)比,說明DCR的變化對(duì)電源的影響。還是使用上面的仿真文件,為了簡(jiǎn)化問題,刪除了電壓反饋線,VRM輸出電壓將保持為0.85V,對(duì)比不同銅厚帶來的變化。按照當(dāng)前的電源平面和層疊設(shè)置,直流壓降仿真結(jié)果如下:
因?yàn)橥ǖ罌]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,再來看看仿真結(jié)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,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(yàn)豐富的攻城獅都知道,在單板設(shè)計(jì)后期改動(dòng)電源通道耗時(shí)費(fèi)力,因此根據(jù)壓降和通流要求提前規(guī)劃電源就顯得格外重要。當(dāng)然了,走彎路也是學(xué)習(xí)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(yīng)該深有感觸。