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微信公众号 | 高速先生, R' Z! w* w. }, M; l- K3 E8 `
文 | 姜杰
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% A5 }6 V! ^9 K3 r2 X# j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。
# R7 I# C" Q! K4 M* v![]() 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。0 J m* f5 C" d9 I5 q
![]() 供电模块VRM与用电端SINK的相对位置如下。" a' m$ \+ H# F* n7 G8 I/ @( \
; }6 L: I$ a+ L* i2 E4 }9 e) Q2 [$ V1 j![]() 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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! P- b; K% a0 k2 O: I![]() 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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/ _) [4 w$ W2 `. u+ T+ p![]() 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。8 [' r7 L- b+ G% V0 [4 j7 p
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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。
* P% k. {1 G+ _* P![]() 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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![]() 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。7 b6 J6 J9 i' C
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![]() ![]() 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。
7 X x+ J6 |2 X. P: Q$ b; [- G/ l2 v- n2 O% _4 H. T* j
![]() 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。
# v! e- U* e' _' T; q# d![]() 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。) G6 c. ?! j8 y( Z% }
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本期提问$ J8 d" V* v( P: K9 L5 u- U- K# n# P
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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？, k& h/ m8 N+ [. y3 d
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![]() 没空间啦，我能不往板边走线吗！8 _$ V! s4 P( {6 r
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觉得内容还不错的话，给我点个“在看”呗: e& s) Q2 q/ y1 i! S6 Z
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发表于 2019-9-27 15:12
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