【導(dǎo)讀】開關(guān)電源設(shè)計(jì)工程師的工作宗旨就是要設(shè)計(jì)出更靠譜的產(chǎn)品，做到低成本、低功耗、高效率，完整的信號(hào)機(jī)高可靠性等。同時(shí)還要得到老板的認(rèn)可。那么如何能夠讓老板更認(rèn)同你的設(shè)計(jì)？如何能夠在節(jié)省成本下提高效率、降低功耗？請(qǐng)看下文分解。
對(duì)于老板來(lái)說(shuō)如何讓生產(chǎn)出的產(chǎn)品更靠譜，是每個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)工程師的一個(gè)考驗(yàn)，其中涉及到成本的節(jié)約、低功耗的設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)效率的提高、信號(hào)的完整程度以及高可靠性。這些都是最終老板們特別關(guān)注的，這也是我們電源設(shè)計(jì)工程師們得到工作的依靠。如何能夠讓老板更認(rèn)同你的設(shè)計(jì)？如何能夠在節(jié)省成本下提高效率、降低功耗？本文為大家分享了如何考慮這些問(wèn)題并給出了實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)。
首先我們來(lái)聊一下關(guān)于節(jié)省成本的問(wèn)題，以下幾個(gè)實(shí)際例子就可以說(shuō)明我們?cè)谶x用各項(xiàng)元器件或IC時(shí)候應(yīng)該考慮的問(wèn)題。關(guān)于拉高/拉低的電阻用多大的阻值？市場(chǎng)最接近的是4.99K(精度1%)，其次是5.1K(精度5%)，其成本分別比精度為20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的電阻阻值只有1、1.5、2.2、 3.3、4.7、6.8幾個(gè)類別(含10的整數(shù)倍)；類似地，20%精度的電容也只有以上幾種值，如果選了其它的值就必須使用更高的精度，成本就翻了幾倍，卻不能帶來(lái)任何好處。針對(duì)于面板上的指示燈的顏色問(wèn)題，紅綠黃橙等顏色的不管大小(5MM以下)封裝如何，都已成熟了幾十年，價(jià)格一般都在5毛錢以下，而藍(lán)色卻是近三四年才發(fā)明的東西，技術(shù)成熟度和供貨穩(wěn)定度都較差，價(jià)格卻要貴四五倍。目前藍(lán)色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場(chǎng)合，如顯示視頻信號(hào)等。74XX的門電路只幾毛錢，而CPLD至少也得幾十塊，(GAL/PAL雖然只幾塊錢，但公司不推薦使用)。成本提高了N倍不說(shuō)，還給生產(chǎn)、文檔等工作增添數(shù)倍的工作。
其實(shí)在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)要求高的情況下，不一定所有的芯片都要選最快的。因?yàn)樵谝粋€(gè)高速系統(tǒng)中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個(gè)等級(jí)，價(jià)格差不多要翻倍，另外還給信號(hào)完整性問(wèn)題帶來(lái)極大的負(fù)面影響。自動(dòng)布線必然要占用更大的PCB面積，同時(shí)產(chǎn)生比手動(dòng)布線多好多倍的過(guò)孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB廠家降價(jià)所考慮的因素除了商務(wù)因素外，就是線寬和過(guò)孔數(shù)量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應(yīng)商的成本，也就給降價(jià)找到了理由。CPU的速度和存儲(chǔ)器的空間都是用錢買來(lái)的，如果寫代碼時(shí)多花幾天時(shí)間提高一下程序效率，那么從降低CPU主頻和減少存儲(chǔ)器容量所節(jié)約的成本絕對(duì)是劃算的。CPLD/FPGA設(shè)計(jì)也類似。
然后就是低功耗設(shè)計(jì)與高系統(tǒng)效率的設(shè)計(jì)問(wèn)題，其實(shí)低功耗設(shè)計(jì)是在省電的同時(shí)讓器件的壽命變得更長(zhǎng)。其降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設(shè)備溫度的降低，器件壽命則相應(yīng)延長(zhǎng)(半導(dǎo)體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半)。針對(duì)于高系統(tǒng)性能來(lái)說(shuō)CACHE的增大，并不一定就導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關(guān)閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數(shù)據(jù)必須得到多次重復(fù)使用才會(huì)提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開指令CACHE，數(shù)據(jù)CACHE即使打開也只局限在部分存儲(chǔ)空間，如堆棧部分。同時(shí)也要求程序設(shè)計(jì)要兼顧C(jī)ACHE的容量及塊大小，這涉及到關(guān)鍵代碼循環(huán)體的長(zhǎng)度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個(gè)循環(huán)剛好比CACHE大那么一點(diǎn)點(diǎn)，又在反復(fù)循環(huán)的話，那就慘了。中斷的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但不一定快。如果中斷任務(wù)特別多的話，這個(gè)沒(méi)退出來(lái)，后面又接踵而至，一會(huì)兒系統(tǒng)就將崩潰了。如果任務(wù)數(shù)量多但很頻繁的話，CPU的很大精力都用在進(jìn)出中斷的開銷上，系統(tǒng)效率極為低下，如果改用查詢方式反而可極大提高效率，但查詢有時(shí)不能滿足實(shí)時(shí)性要求，所以最好的辦法是在中斷中查詢，即進(jìn)一次中斷就把積累的所有任務(wù)都處理完再退出。BSP對(duì)存儲(chǔ)器接口設(shè)置的默認(rèn)值都是按最保守的參數(shù)設(shè)置的，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合總線工作頻率和等待周期等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)配。有時(shí)把頻率降低反而可提高效率，如RAM的存取周期是70ns，總線頻率為40M時(shí)，設(shè)3個(gè)周期的存取時(shí)間，即75ns即可；若總線頻率為50M時(shí)，必須設(shè)為4個(gè)周期，實(shí)際存取時(shí)間卻放慢到了 80ns。對(duì)于搬磚頭來(lái)說(shuō)，兩個(gè)人應(yīng)該比一個(gè)人的效率高一倍；對(duì)于作畫來(lái)說(shuō)，多一個(gè)人只能幫倒忙。使用幾個(gè)CPU需對(duì)業(yè)務(wù)有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個(gè)CPU間協(xié)調(diào)的代價(jià)，使1+1盡可能接近2千萬(wàn)別小于1。
最后我們要對(duì)其信號(hào)完整性和可靠性進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)及檢驗(yàn)。由于仿真模型不可能與實(shí)物一模一樣，連不同批次加工的實(shí)物都有差別，就更別說(shuō)模型了。再說(shuō)實(shí)際情況千差萬(wàn)別，仿真也不可能窮舉所有可能，尤其是串?dāng)_。曾經(jīng)有一教訓(xùn)是某單板只有特定長(zhǎng)度的包極易丟包，最后的原因是長(zhǎng)度域的值是0xFF，當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上時(shí)，干擾了相鄰的WE信號(hào)，導(dǎo)致寫不進(jìn)RAM。其它數(shù)據(jù)也會(huì)對(duì)WE產(chǎn)生干擾，但干擾在可接受的范圍內(nèi)，可是當(dāng)8位總線同時(shí)由0邊1時(shí)，附近的信號(hào)就招架不住了。結(jié)論是仿真結(jié)果僅供參考，還應(yīng)留有足夠的余量。硬件設(shè)計(jì)和芯片應(yīng)用必須符合相關(guān)規(guī)范，尤其是芯片手冊(cè)中提到的所有參數(shù)(耐壓、I/O電平范圍、電流、時(shí)序、溫度PCB布線、電源質(zhì)量等)，不能光靠試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。公司有不少產(chǎn)品都有過(guò)慘痛的教訓(xùn)，產(chǎn)品賣了一兩年，IC廠家換了個(gè)生產(chǎn)線板子就不轉(zhuǎn)了，原因就是芯片參數(shù)發(fā)生了點(diǎn)變化，但并沒(méi)有超出手冊(cè)的范圍。如果以手冊(cè)為準(zhǔn)，那他怎么變化都不怕，如果參數(shù)變得超出手冊(cè)范圍了還可找他索賠。硬件上很多電氣特性直接受軟件控制，但軟件是經(jīng)常發(fā)生意外的，程序跑飛了之后無(wú)法預(yù)料會(huì)有什么操作。設(shè)計(jì)者應(yīng)確保不論軟件做什么樣的操作硬件都不應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生永久性損壞。要求用戶嚴(yán)格按手冊(cè)操作是沒(méi)錯(cuò)的，但用戶是人，就有犯錯(cuò)的時(shí)候，不能說(shuō)碰錯(cuò)一個(gè)鍵就死機(jī)，插錯(cuò)一個(gè)插頭就燒板子。所以對(duì)用戶可能犯的各種錯(cuò)誤必須加以保護(hù)。
