[原创] 不改平面不加层，微调走线抬电平

作者：一博科技高速先生成员  姜杰

设计组有个小伙子叫小博，入职刚满一年，今天收到了公司发来的暖心邮件。

他却高兴不起来，因为昨晚收到了一封电源仿真结果的邮件：自己独立接手的第一个设计任务，到了投板的节骨眼，直流压降有问题。
正可谓：
曾因压降夜难寐，犹为阻抗困愁城。
世间无限丹青手，一片忧心画不成。

小博一夜难眠，一大早就来求助高速先生。

看着小博急切又期待的眼神，高速先生认真查了下板，最后给出的建议是，问题不大，不改平面不加层，动动走线就能行。小博半信半疑……

电源的直流压降，作为衡量电源性能的一个重要指标，用电芯片端的要求通常会以电压百分比的方式给出，例如下表的DDR5的VDD，直流压降要求为-3%~+6%

不过，越来越多的芯片手册直接对电源路径的直流电阻提出要求，以DCR（Direct Current Resistance）阻值的形式给出。

再来看看小博遇到的这个电源，电源电压0.85V，用电芯片端的压降要求：-1%~-+1%.
原设计文件的仿真结果如下：VRM输出916mV，到达用电芯片的电压为833mV，不满足压降要求。


此时，电源DCR为2.66mΩ。

 

按照高速先生的建议，微调走线后，用电芯片的电压增加至846mV。 

结果竟然达标了！小博惊掉了下巴，这……

电源DCR却保持不变，仍然是2.66mΩ


修改前后的电源通道完全没有变化，电源DCR均为2.66mΩ，可是用电芯片端的电压怎么就神奇的抬起来了呢？玄机就在电源输出的变化。
修改前，VRM输出916 mV。


修改后，VRM输出增加至929mV。


VRM输出电平抬高，电源路径压降不变，用电芯片端的电压可不就水涨船高嘛。
有经验的Layout攻城狮应该已经猜到了小博的问题出在哪了。

 

没错，由于经验不足，小博原设计的电压反馈点设置在了近端，太靠近VRM。

为了抬高VRM的输出电平，高速先生建议将反馈点调整至远端，修改后的版本如下，靠近了用电芯片：

仅通过调整VRM的电压反馈走线，不涉及电源平面和层叠的修改，就能让用电芯片的电压满足要求，简直是懒人福音，不过，前提是VRM有电压反馈的功能，而且，电压输出调整幅度也有一定的范围，不能任性。
与电压百分比的方式相比，有些芯片手册对电源DCR提出要求也有它的道理，它可以更加直接的反映电源通道本身的参数。作为电源通道的重要组成部分，电源平面可以视为方块电阻，而方块电阻的阻值与面积和厚度有关，因此，DCR的大小也与铜皮的有效面积和厚度有关系。

这里可以再做个仿真对比，说明DCR的变化对电源的影响。还是使用上面的仿真文件，为了简化问题，删除了电压反馈线，VRM输出电压将保持为0.85V，对比不同铜厚带来的变化。按照当前的电源平面和层叠设置，直流压降仿真结果如下：

 

因为通道没有变化，电源路径直流压降仍然是83mV，电源DCR也保持不变，2.66mΩ。

我们把电源平面的铜厚由1oz增加到2oz，其它不变，再来看看仿真结果：

 

由于电源平面的铜厚增加，电源DCR由2.66mΩ减小到2.48mΩ，直流压降也从83mV降低至76mV。由此可见，电源通道本身的优化确实可以减小DCR，进而改善压降。
经验丰富的攻城狮都知道，在单板设计后期改动电源通道耗时费力，因此根据压降和通流要求提前规划电源就显得格外重要。当然了，走弯路也是学习的一种方式，虽然效率不是最高的，但是，一定是记忆最深刻的，小博应该深有感触。