作者：劉為霞  一博科技高速先生團隊隊員

在PCB設計中，電源是不可忽略的一個(gè)話(huà)題，尤其是現在很多產(chǎn)品的電源電壓越來(lái)越低，電流越來(lái)越大，動(dòng)輒幾百安培，所以現在大家對電源完整性也就越來(lái)越關(guān)注，這篇重點(diǎn)講下電源壓降的一些問(wèn)題。

理論上來(lái)講，計算壓降，應用到的應該是初中的物理知識，電源壓降<V*tolerance=I*R(直流電阻)，可以說(shuō)是非常簡(jiǎn)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設計的時(shí)候，layout工程師肯定經(jīng)常聽(tīng)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(gè)電源不能多次換層，麻煩調整下�！�

“XX工，這個(gè)電源層換成2OZ銅箔�！�

很多自信的工程師估計會(huì )想，不就是載流能力嗎，我都按照經(jīng)驗公式算好了過(guò)孔數量和銅皮寬度的，電源肯定妥妥的，不可能有問(wèn)題的，我已經(jīng)過(guò)了會(huì )隨隨便便被驢的年紀了。

實(shí)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(gè)牽一發(fā)而動(dòng)全身的系統，修改系統中的任何一個(gè)參數都會(huì )影響最終的結果。想要了解這個(gè)系統，就要知道電源的流向。

如圖所示，上面是一個(gè)電源平面，標識出來(lái)的路線(xiàn)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(guò)的電流越多一些，電流就像我們人一樣，也是比較喜歡走捷徑的，都想挑電阻比較小的路徑通過(guò)，保存實(shí)力到用電端。這個(gè)特性就會(huì )導致部分區域的電流密度偏大以及部分過(guò)孔通過(guò)的電流比較大。所以并不是按照經(jīng)驗公式添加相應數量的過(guò)孔，電流就會(huì )按照平均分配的方式通過(guò)過(guò)孔。這就導致一些過(guò)孔通過(guò)的電流超過(guò)能力范圍，可能板子使用一段時(shí)間之后，過(guò)孔中間會(huì )斷裂，影響過(guò)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(guò)孔加的整整齊齊可能反而會(huì )影響過(guò)孔電流的大小，這時(shí)候加過(guò)孔是有技巧的，也是靠近電源輸出的過(guò)孔電流會(huì )越大，這種情況就建議通過(guò)仿真來(lái)指導添加過(guò)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(huì )比較大，如果最近的路徑上正好是瓶頸區域的話(huà)，需要修改電源路徑。

還有一個(gè)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體電阻率，溫度升高，電阻率也會(huì )變大，隨之導體中的直流電阻也會(huì )增大。所以大功耗的情況下電源設計還需要考慮散熱的問(wèn)題。

總結一下，我們設計電源的時(shí)候，除了滿(mǎn)足載流的銅皮寬度和過(guò)孔數量，還需要關(guān)注每個(gè)過(guò)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。