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微信公众号 | 高速先生
( B1 q0 h+ h/ R q3 r- D文 | 姜杰
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不走寻常路的电流是PCB设计中的“刺头”，有时明明给它铺好了阳关道，它却偏偏要走独木桥，让人欲哭无泪。$ c) N& I: A; z* q% P
![]() 就像高速先生之前遇到的一个案例，电源输出过孔排列的整整齐齐，虚位以待，电流偏偏舍近求远，就挑了几个你意想不到的过孔硬刚到底。9 g! ?1 Y0 K9 n
![]() 供电模块VRM与用电端SINK的相对位置如下。
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![]() 其中，VRM采用DC-DC开关电源，DC-DC外围电感L5电源输出管脚附近的过孔分布均匀，内圈过孔与管脚的间距d1=d2=d3（局部放大图如下）。
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![]() 看起来似乎没啥毛病，按照预期，电流至少会在离L5电源输出管脚最近的内圈过孔上均匀分布。不过，再一想SINK端与VRM端的相对位置，有些朋友开始犯嘀咕了，电流都是喜欢走捷径（电阻较小的路径）的，那么，离SINK端更近的左下方的过孔通流会不会多点呢？高速先生一开始也是这么想，但是仿真的结果却让人大跌眼镜：过孔电流分布图显示，在电流流向的反方向（白色方框区域），有几个过孔通流较大，这是怎么回事？！
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8 A, G Z9 ?4 T$ ?* R1 R4 x0 g! c; `![]() 打破砂锅问到底是高速先生的一贯风格。通过仔细分析过孔载流，发现过孔通流除了与电源输出管脚的间距有关系，似乎与过孔阵列的缺口方向也存在某种神秘的关联。
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9 Z" W8 v4 z$ z9 b$ j1 V大胆假设，小心求证，困难看淡，说干就干。先把模型简化，删除板上其它器件和走线，保留内层电源、地平面的连接，同时，将VRM用一端电源输出、另一端接地的电容代替，调整VRM与SINK的相对位置。简化后的模型如下。& ~2 I# ?4 |* x- Y7 k8 ]: m
![]() 简化模型的VRM端过孔电流分布已初露端倪，似乎能看出点趋势来了。
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' D- c9 m! Y8 N% t![]() 为了能进一步说明问题，我们继续调整过孔阵列的缺口方向，比较过孔载流的情况。
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5 `0 P3 \1 ]5 R/ ?3 T- c![]() ![]() 只看阵列缺口对称时的情况似乎还不够全面，那就再看看不对称时的载流。
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![]() 想必各位已经看出规律了：在电源输出过孔与管脚间距相同的情况下，最靠近阵列缺口的过孔载流最大。为什么会出现这种现象呢？
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不妨再来看看电流密度图。以左侧的电源输出管脚为例，一开始电流以管脚为中心向四周均匀发散，对于有过孔分布的三个方向，电流会迅速找到最近的过孔，流向内层电源平面。而从过孔阵列缺口溜出来一部分电流，遭遇大概是这样的：出发时扫眼一看，一马平川，前方全是铜皮，没有过孔挡路，好嗨哟，跑着跑着发现没路了，不知谁喊了一嗓子：“此路不通，拐啦拐啦！”于是，逃窜出来的大部分电流又猛打方向，掉头钻进了离缺口最近的过孔。
! ]; e) _* n( f. _5 @![]() 这么一折腾，出现阵列缺口附近过孔载流最大的现象也就不足为奇了。, u. B- D$ n ]" S6 u0 ^# }
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本期提问% u7 v. U/ V- r' I1 A; V0 o
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保持同样的过孔间距，阵列缺口补上之后VRM端载流最大的过孔会出现在哪个位置呢？
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- c0 @8 {; L8 o6 V O9 p2 \————你可能错过的往期干货————
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![]() 没空间啦，我能不往板边走线吗！
3 Q; S& ]2 s' ^7 Y![]() 宝藏文，高速先生所有原创技术文章，戳戳戳！) W, q, \& `& Y3 _" |* w/ X
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觉得内容还不错的话，给我点个“在看”呗5 M, X6 }/ C: q
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发表于 2019-9-27 15:12
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