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微信公众号 | 高速先生+ a. q" S4 F& c
文 | 姜杰 H* |) b$ J+ N W
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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。
# z% O9 q6 i# ~5 A* e! _![]() 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。
% e% a- W; c. Y# E8 p. S![]() 供电模块VRM与用电端SINK的相对位置如下。
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6 Y0 ~5 W! }* I! ?![]() 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( |. @" m' l' m) h![]() 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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; n3 M/ l, h: }" a& p3 A; S* `2 y![]() 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。* B( e5 H+ B$ `4 j
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% L" e6 b* j- o! b' B! @* w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。' V2 ]$ j$ ]6 \5 F6 c
![]() 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。7 v( O6 C" E; S/ V0 M1 G4 B
- v7 \6 F0 u' C: I# K. Z( I![]() 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。/ G. ^2 t. T& S' _4 @
- n4 b! ^3 }7 u5 ]- O![]() ![]() 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？) r6 E) r' J' ~2 V( h/ \; v4 g
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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。1 O" D: ~# ]: r+ t/ d$ |7 ?
![]() 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。
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本期提问/ m+ o$ B$ K2 | Z* Z
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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？+ r) U0 S) g! ]
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3 ]% z4 `/ [9 h V* h8 P————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！
: n1 W4 v! Q) r7 B! K- p: D![]() 宝藏文，高速先生所有原创技术文章，戳戳戳！
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觉得内容还不错的话，给我点个“在看”呗
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发表于 2019-9-27 15:12
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