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Key：整板电源IR-Drop、电流分布密度和热点分布等。

Q:信号翻转速度越来越快，而核心电压却越来越低、消耗的电流越来越大，CPU 核心电压、IO电压、DRAM电压等、DC电源分割种类也越来越多样性，这些种种因素使得电源完整性问题越来越突出，电子产品设计过程充满了挑战。

(http://www.mr-wu.cn/cadence-sigrity-powerdc-introduction/)

**-IR-Drop问题使得电源无法为IC提供足够的电压
— 导致IC工作不正常
电源孤岛瓶颈造成电流密度过高
— 导致介质击穿、电路板故障、甚至起火造成安全事故
连接电源分割平面的过孔via上的电路过大
— 导致过孔故障，造成电源开路
过大的电流密度造成温升过热问题
— 极端情况下造成电路板损坏**

IR Drop

其含义为直流工作时由直流电阻造成的电压降，而此时的压降可直接由 I * R 的乘积得到因而得名。

IR Drop是一个系统级的问题

分析中有时需要考虑封装以及多个子板的整个系统级的PDN网络;
需要优化系统中每个器件的电压容限,确保他们都能正常工作;
有些高端系统的 VRM还带有电压反馈,反馈线的设计需要科学布局才能发挥最大效果 — 电路板长时间温度过高会造成元器件过热，加速老化 各种设计中的不利因素使DC IR Drop问题加剧 1、核心供电电压持续减小:1.2V供电变得司空见惯; 2、器件的工作电流持续增大,使 IR Drop也有不断增大的趋势; 3、层数变少和高密度布线使电源网络的布线空间受到压缩和限制; 4、过孔周围的反焊盘使原来完整的电源平面变得支离破碎; 5、越来越复杂的PCB结构使非常有经验的工程师也难以靠手工完成 IR Drop的计算

电阻与电源完整性

(PI)

直流压降(IR Drop)直接与电源分配网络(PDN)上的总电阻成正比; 厚平面与实心的过孔有助于减小电阻值; 适当的电阻有助于减小谐振 电阻与信号完整性

(SI)

I/O网络的电阻是传输线产生直流损耗的根源; 短而宽的走线可以减小电阻

电源平面分割

当今的PCB项目设计，板子上不同电压的分类越来越多，12V、5V、3.3V、2.5V、1.5V等等，为了降低PCB成本，我们不可能针对每个电压等级创建一个对应的完整电源平面，通常的做法是进行电源平面分割。 分割的电源平面，再加上大量的通孔via设计，会使的电源平面出现**瓶颈区域**，而如今的IC需求的电流越来越大，当大电流通过一个狭窄区域的时候,通常会产生较大的电流密度,从而导致PCB板局部温度的升高。 电源平面上最大的电流密度区域通常称之为电流热点 (Hot Spot),这些电流热点有可能导致严重的热可靠性问题。 设计人员应尽量使板上的电流密度分布均匀,尤其要避免在关键的IC芯片附近和高速的信号走线附近出现电流热点。 铜的导电率每10摄氏度变化4%
— 电导率变化影响DC压降和电路密度

优化 PDN网络中的关键指标

决定PDN层的铜厚 找到PDN层能满足IR Drop需求最小的宽度 进行快速的 “what if” 分析以比较不同设计的区别 发现 PDN网络中的设计隐患 找到系统中所有器件过压和欠压的条件 指出布线中会引起额外压降的 neck down区域 定位布线中会引起热可靠性问题的电流分布的 “hot spots”区域 现超出设计指标的 via, bump和ball电流 优化 VRM Sense Line的设置 对多器件的系统智能选择 VRM sense line的位置 • 安全的增大VRM的输出电压进行最可靠的补偿 输出其他系统分析需要的结果 创建DC等效电阻模型 进行包括 PCB, IC封装和on-chip模型在内的系统级IR Drop分析 • 输出热仿真工具可用的平面和过孔的电流分布文件 定量的计算路径中的loop电阻以进行对比分析和correlation研究 高速PCB设计应避免过孔via将参考平面打碎 形成分割槽 造成信号完整性问题 高速信号总线打孔换层时，要尽量减少由Via打孔，把参考平面打烂，形成分隔槽，影响信号的回流路径，造成信号完整性问题。对于高速信号，要保证信号有非常好的回流路径。要保持特征阻抗一致,参考平面完整是非常重要的,参考平面即信号回流平面不能被打断。 因此，要注意PTH孔的间隔(≥ 10 mils) ,以利形成power与GND的通道。采用via错开打孔的方式，避免via打孔区域对于内层的参考平面形成分割槽。