【導讀】開關電源設計工程師的工作宗旨就是要設計出更靠譜的產品，做到低成本、低功耗、高效率，完整的信號機高可靠性等。同時還要得到老板的認可。那么如何能夠讓老板更認同你的設計？如何能夠在節省成本下提高效率、降低功耗？請看下文分解。
對于老板來說如何讓生產出的產品更靠譜，是每個開關電源設計工程師的一個考驗，其中涉及到成本的節約、低功耗的設計技術、系統效率的提高、信號的完整程度以及高可靠性。這些都是最終老板們特別關注的，這也是我們電源設計工程師們得到工作的依靠。如何能夠讓老板更認同你的設計？如何能夠在節省成本下提高效率、降低功耗？本文為大家分享了如何考慮這些問題并給出了實踐中的經驗。
首先我們來聊一下關于節省成本的問題，以下幾個實際例子就可以說明我們在選用各項元器件或IC時候應該考慮的問題。關于拉高/拉低的電阻用多大的阻值？市場最接近的是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幾個類別(含10的整數倍)；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，卻不能帶來任何好處。針對于面板上的指示燈的顏色問題，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，價格一般都在5毛錢以下，而藍色卻是近三四年才發明的東西，技術成熟度和供貨穩定度都較差，價格卻要貴四五倍。目前藍色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場合，如顯示視頻信號等。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，還給生產、文檔等工作增添數倍的工作。
其實在實際的電路設計過程中，系統要求高的情況下，不一定所有的芯片都要選最快的。因為在一個高速系統中并不是每一部分都工作在高速狀態，而器件速度每提高一個等級，價格差不多要翻倍，另外還給信號完整性問題帶來極大的負面影響。自動布線必然要占用更大的PCB面積，同時產生比手動布線多好多倍的過孔，在批量很大的產品中，PCB廠家降價所考慮的因素除了商務因素外，就是線寬和過孔數量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數量，節約了供應商的成本，也就給降價找到了理由。CPU的速度和存儲器的空間都是用錢買來的，如果寫代碼時多花幾天時間提高一下程序效率，那么從降低CPU主頻和減少存儲器容量所節約的成本絕對是劃算的。CPLD/FPGA設計也類似。
然后就是低功耗設計與高系統效率的設計問題，其實低功耗設計是在省電的同時讓器件的壽命變得更長。其降低了電源模塊及散熱系統的成本、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設備溫度的降低，器件壽命則相應延長(半導體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半)。針對于高系統性能來說CACHE的增大，并不一定就導致系統性能的提高，在某些情況下關閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數據必須得到多次重復使用才會提高系統效率。所以在通信系統中一般只打開指令CACHE，數據CACHE即使打開也只局限在部分存儲空間，如堆棧部分。同時也要求程序設計要兼顧CACHE的容量及塊大小，這涉及到關鍵代碼循環體的長度及跳轉范圍，如果一個循環剛好比CACHE大那么一點點，又在反復循環的話，那就慘了。中斷的實時性強，但不一定快。如果中斷任務特別多的話，這個沒退出來，后面又接踵而至，一會兒系統就將崩潰了。如果任務數量多但很頻繁的話，CPU的很大精力都用在進出中斷的開銷上，系統效率極為低下，如果改用查詢方式反而可極大提高效率，但查詢有時不能滿足實時性要求，所以最好的辦法是在中斷中查詢，即進一次中斷就把積累的所有任務都處理完再退出。BSP對存儲器接口設置的默認值都是按最保守的參數設置的，在實際應用中應結合總線工作頻率和等待周期等參數進行合理調配。有時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，設3個周期的存取時間，即75ns即可；若總線頻率為50M時，必須設為4個周期，實際存取時間卻放慢到了 80ns。對于搬磚頭來說，兩個人應該比一個人的效率高一倍；對于作畫來說，多一個人只能幫倒忙。使用幾個CPU需對業務有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個CPU間協調的代價，使1+1盡可能接近2千萬別小于1。
最后我們要對其信號完整性和可靠性進行嚴謹的設計及檢驗。由于仿真模型不可能與實物一模一樣，連不同批次加工的實物都有差別，就更別說模型了。再說實際情況千差萬別，仿真也不可能窮舉所有可能，尤其是串擾。曾經有一教訓是某單板只有特定長度的包極易丟包，最后的原因是長度域的值是0xFF，當這個數據出現在總線上時，干擾了相鄰的WE信號，導致寫不進RAM。其它數據也會對WE產生干擾，但干擾在可接受的范圍內，可是當8位總線同時由0邊1時，附近的信號就招架不住了。結論是仿真結果僅供參考，還應留有足夠的余量。硬件設計和芯片應用必須符合相關規范，尤其是芯片手冊中提到的所有參數(耐壓、I/O電平范圍、電流、時序、溫度PCB布線、電源質量等)，不能光靠試驗來驗證。公司有不少產品都有過慘痛的教訓，產品賣了一兩年，IC廠家換了個生產線板子就不轉了，原因就是芯片參數發生了點變化，但并沒有超出手冊的范圍。如果以手冊為準，那他怎么變化都不怕，如果參數變得超出手冊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，但軟件是經常發生意外的，程序跑飛了之后無法預料會有什么操作。設計者應確保不論軟件做什么樣的操作硬件都不應在短時間內發生永久性損壞。要求用戶嚴格按手冊操作是沒錯的，但用戶是人，就有犯錯的時候，不能說碰錯一個鍵就死機，插錯一個插頭就燒板子。所以對用戶可能犯的各種錯誤必須加以保護。
