高（gāo）速先生成員--黃（huáng）剛

最近的文章要麽就（jiù）是圍繞著高速（sù）優化來講，要麽就一直研究加工因素對信號的影響，我懂的，看（kàn）到（dào）大家都有點審美（měi）疲勞了是吧（ba）。或者另外有一幫朋友們內心都開始抱怨了：我的產品又沒那麽高速，你們老在講高速這玩意，沒有我（wǒ）的閱讀和點讚（zàn），怪不得你們的（de）文章閱讀量（liàng）那麽低了（le）。Sorry，sorry，高速（sù）先生肯定不僅僅是高速啦，那今兒我們就變個花樣，我們來（lái）講講電（diàn）源的設計案例！

電源設計，大家覺得最重要（yào）的哪個指標呢，是達到負載端的壓降要（yào）滿足要求，還是路徑中（zhōng）的電流密度不能太超標，還（hái）是板子和芯片的發熱不要（yào）那麽大？高速先生可以很負責任的告訴大家，其實。。。它們都很重要！先別罵人啊，的確是這樣（yàng）的，另（lìng）外上（shàng）述說到的三者互（hù）相是有關聯的啊，電流密度小了，達到負載端的壓降直接就（jiù）跌落小啊，然（rán）後電（diàn）流密度小，板子和芯片的（de）發熱自然也變小嘛……

所以在我們心目中認（rèn）為（wéi）電源設計要關注的最重（chóng）要的指標已經（jīng）呼之欲出了，那就是電流密（mì）度（dù）！它好了，其他指標就一定會（huì）變好（hǎo）。所謂電流密度，從字麵來理（lǐ）解也灰常（cháng）的簡單，那就是（shì）單位麵積的電流（liú）大小（xiǎo），所（suǒ）以它的單位一般（bān）在PCB範疇就是A/mm2，概念很簡單。哪怕不看PCB板（bǎn）的話，要是問你怎麽降（jiàng）低電源的電流密度（dù），估計大家也能說（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，又或者增加電源平麵（miàn）層的銅厚，so easy！

是的，上麵的方法在具體的PCB設計中操作也是成立（lì）的（de），今天給大家show一個例子。

最近做了一個盲埋孔的高速板卡設計，怎麽！又要說高速？別那麽敏感嘛，我們的意思隻是想表達（dá），為了（le）高速信號，這個板（bǎn）子要用盲埋孔的（de）設計來做（zuò），也包括芯片的電（diàn）源設計嘛。VRM電源芯片在主芯片（piàn）的左（zuǒ）邊累給它供電（diàn），如下圖（tú）所示：

針對這個芯片的這一路大（dà）電流電源（大概30A）的設計，仿真一開始是沒介入這個項目的，隻是我司（sī）的設計工（gōng）程師自行設（shè）計，當然也是有經（jīng）驗的工程師了，畢竟這個板子是比較高速的盲埋孔的（de）板。那針對這一路（lù）電源，這位工程師的設計其實（shí）也沒什麽太多可挑剔的，看到下圖這個主要的電源平麵層設計，工程師已經（jīng）根據電流大小，按照經驗（yàn）用上了1Oz的銅箔（bó），除了必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，看著應該還行，不過後麵客戶還（hái）是不放心，同步增加了這個大電流電源的仿真。這（zhè）個項目由我們SI這邊（biān）的工程師（shī）小春來負責，小春是一名很嚴（yán）謹的SI工程師，也是由我司設計部（bù）作為一名優（yōu）秀的設計工程師轉崗過來的同事，對PCB設計也（yě）是輕車熟路。一開（kāi）始小春就（jiù）立馬對設計同事的這個電源設計版本（běn）進行了建模仿真，不仿不知道，一仿還真是嚇了6跳。看（kàn）起來電流也不是很大，平麵（miàn）也鋪得比較不錯，居然電流密度在瓶頸位置達到了接近250A/ mm2那麽高！！！

雖然對電（diàn）流密度的定義本身行業內還（hái）不算有一個明確的標準，不過根據我司（sī）的經驗，也包括和其（qí）他大公（gōng）司的一些合作，大體還是達成了一些共識。例如在BGA區域要盡量做到200A/ mm2以內，有條件的話最好做到150A /mm2以內就更好了。完了，還認為可（kě）以立馬投板了，仿真（zhēn）了才（cái）知道原來電流密度那麽難做好。

慌倒是不慌，看到這個結果（guǒ）後，連PCB工程師都知（zhī）道怎麽解決，為什麽要慌呢，是吧。於是PCB工程（chéng）師就提了個非常切實而高（gāo）效的建議，啥設計都不用改，直接把電源平麵層的銅厚從現在的10z增加到（dào）2Oz唄（bei）！

不得不（bú）說，還真的賊有（yǒu）效！設計完（wán）全不用變，按照20z的銅厚重新仿真的話，電流密度從10z的250A/ mm2直接降到不到132 A/ mm2，指標滿足得簡直不能再（zài）好了。

交差交差（chà），讓板廠重新備料，由之前用（yòng）的（de）10z銅變成20z銅。重新備料？對，因（yīn）為是高速板材（cái），本身已經（jīng）按照10z去備料了，當時大家都覺得也就30A的電流（liú），10z夠（gòu）夠的嘛，所以就去（qù）備料了啊，這個時候料到快備好了，你突然告訴我你要改（gǎi）20z，這不肯定需（xū）要重新備啊，時間多2周……

客戶時間來不及啊，急著要拿到板子去驗證！那咋辦，看起來10z是改不了啦！壓力全給到了SI工程師小春這裏，因為隻能看（kàn）看能不能改這個電源的設計盡量把電流密度降點一（yī）丟丟了。還好小春本身有深厚的（de）設計功底，可以快速的自己修改設計然後再仿（fǎng）真驗證迭代，他注意到（dào）原設計電流密度高的地方，也就是瓶頸（jǐng）區域，是在其（qí）他信號過孔反焊盤的夾縫處，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（néng）降低比較可（kě）觀的電（diàn）流密度值。小春留意到這塊是（shì）盲（máng）埋孔的（de）設計（jì），按照中間層的其他信號的過孔設計就會變得有更多的自由度了，於是小春很快就改出了一（yī）個版本，如下所示：

小春把之前從左邊（biān）的VRM進來到後麵芯片電流路徑流向的（de）其他信號過孔的扇出方式從之前的豎著打變成（chéng）橫著打，這樣看起來過孔反焊盤之間（jiān）的有效通流平麵（miàn）就寬了不小！嗯，理論是應（yīng）該非常的good，然後小春再把這個自己改出來的（de）版本仿真驗證下，電流密度（dù）的改善度賊大！直接從（cóng）之前豎著打的（de）250A/mm2降到了160A/mm2，很好的（de）達到了指標！

最後總結（jié）兩句，這篇文章對設計工程師就很不“友好”了？明明可以很簡簡單單增（zēng）加銅厚解決的事情，非要重新改設計來做好！改設計又花（huā）時間（jiān）又花精力，還不一定能改出來。但是轉念一想，這樣（yàng）的（de）話既能很好的促進設計工程師的設計（jì）水（shuǐ）平，又能通（tōng）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（kè）戶既定的一些交期目標，難是難了點，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（nǐ）們分別會選擇多少0z或者多少層電源平麵層來設計呢？

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