結(jié)合余量和校準(zhǔn)有效改善功耗和電源噪聲抑制

對(duì)于制造電子產(chǎn)品的公司，質(zhì)量控制是其系統(tǒng)的組成部分。為了獲得青睞并確保獲得客戶的積極反饋，在整個(gè)生產(chǎn)過程中采用了不同的制造和分類技術(shù)。這不僅可以提高他們的利潤，還可以使他們免于遭受工廠損失的麻煩，因此，可以降低材料的成本。

本應(yīng)用筆記概述了電子裕度及其在產(chǎn)品出廠之前檢測潛在系統(tǒng)故障中的價(jià)值。它是一種校準(zhǔn)方法，可以有效地預(yù)測并允許進(jìn)行調(diào)整以提高產(chǎn)品質(zhì)量。保證金還可用于將產(chǎn)品分類為性能等級(jí)，從而使優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品能夠以高價(jià)出售。我們討論了分類的缺點(diǎn)，并提出了分離產(chǎn)品的替代方法。

“保證金”一詞具有多種含義。距今超過5000年前的黏土板上可以看到一種常見的頁邊距類型，即頁面上印刷文本周圍的空間。這個(gè)詞最可怕的定義之一涉及以保證金購買股票（使用股票購買作為抵押品從經(jīng)紀(jì)人那里借錢）。在1929年美國股市崩盤之前，人們最多可以借入股票價(jià)值的90％。如果股票價(jià)格下跌，則“追加保證金”要求人們付款以保留股票所有權(quán)。不滿足追加保證金的要求意味著股票將被出售，而投資者可能會(huì)損失所有的錢。如今，保證金購買被限制在很小的百分比上。但是，我們將專注于計(jì)算機(jī)和電子行業(yè)的利潤率。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)微處理器安裝在主板上以制造計(jì)算機(jī)時(shí)，尤其是游戲玩家和改裝者（修改者）想要更快的速度。因此，“速度裕度”誕生了。

速度裕度（也稱為“推動(dòng)”或“超頻”）正在更改計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)硬件設(shè)置，使其以高于制造商額定值的速度運(yùn)行。通?？梢酝ㄟ^調(diào)整CPU，內(nèi)存，視頻卡或主板總線的速度來在系統(tǒng)中的各個(gè)位置完成此操作。

通常，芯片會(huì)由制造商進(jìn)行修整和測試，以確定它們以何種速度失效。然后，它們的額定速度比此速度低一級(jí)。IC制造商將嘗試使他們的產(chǎn)品盡可能快，因?yàn)楦斓挠布梢再嵏嗟腻X。從統(tǒng)計(jì)上講，晶圓中的某些IC可能能夠以更高的速度運(yùn)行。每個(gè)芯片都經(jīng)過測試以查看其運(yùn)行速度，而運(yùn)行速度更快的芯片則被標(biāo)記為“更高的速度”。由于測試非常嚴(yán)格和保守（因?yàn)楸仨毐ＷC部件以最低速度運(yùn)行），因此游戲玩家認(rèn)為可以將CPU推入其額定速度稍快一點(diǎn)，同時(shí)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

超頻者還發(fā)現(xiàn)，一些IC制造商故意低估了芯片，以滿足市場需求并在高端和低端產(chǎn)品之間形成差異。有時(shí)，當(dāng)制造商缺貨時(shí)，他們會(huì)將較快的芯片包裝為較慢的芯片，以滿足需求。超頻是否始終有效？不。但是，超頻者之所以嘗試，是因?yàn)閺慕y(tǒng)計(jì)上講有些成功。

余量的下一步

正如我們?cè)趹?yīng)用筆記4345的“為什么數(shù)字方式為模擬”一節(jié)中討論的那樣，“接地良好，數(shù)字方式為模擬”，數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)更能容忍噪聲和電源電平。這是因?yàn)閿?shù)字設(shè)備固有的閾值。只要信號(hào)高于或低于臨界閾值水平，模擬設(shè)備就會(huì)立即損壞，而數(shù)字設(shè)備通常會(huì)運(yùn)行。在數(shù)字系統(tǒng)中，故障是突然的（懸崖效應(yīng)），因?yàn)樾盘?hào)的惡化最初（被閾值）抑制了，直到惡化到足以嚴(yán)重破壞數(shù)據(jù)的程度為止。在那里，有必要測試性能裕度，以確保產(chǎn)品在其保修期內(nèi)和極端條件下都能正常工作。

裕度是計(jì)算機(jī)行業(yè)中使用很久的技術(shù)，它通過在比正常服務(wù)更困難的條件下進(jìn)行測試來證明數(shù)字過程的可靠性。發(fā)生故障之前可以施加的額外壓力程度是對(duì)性能裕度的度量。

邊距技術(shù)可以成功應(yīng)用，如果正確使用，將提供非常需要的置信度。通常有兩種使電路邊緣化的方法：一種是使用病理數(shù)據(jù)模式。根據(jù)所使用的系統(tǒng)和編碼，長字符串“ 1”或“ 0”的數(shù)據(jù)模式缺少時(shí)鐘數(shù)據(jù)，可能會(huì)影響閾值要求。第二種更通用的方法是更改??電源級(jí)別（通常通過降低電壓）。

校準(zhǔn)裕度

在系統(tǒng)或PCB的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員必須定義測試協(xié)議。該過程將詳細(xì)說明如何量化施加到被測設(shè)備（DUT）的壓力，以及如何客觀地將DUT分為各種性能級(jí)別或使產(chǎn)品不合格（表1）。該協(xié)議應(yīng)清除早期的嬰兒故障，并確保DUT將在其預(yù)期壽命內(nèi)發(fā)揮作用。典型的協(xié)議會(huì)逐步降低電源電壓，可能會(huì)更改其他參數(shù)（如時(shí)鐘速度）并監(jiān)視一些關(guān)鍵功能參數(shù)。例如，可以設(shè)置限制，以將DUT分為高性能到低性能的單元，并刪除出現(xiàn)故障的設(shè)備。

使用

余量和校準(zhǔn)的其他方法通過結(jié)合余量和校準(zhǔn)，可以滿足其他系統(tǒng)規(guī)格?？梢愿纳频膮?shù)包括功耗和電源噪聲抑制（見圖1）。

工程似乎總是要在某些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)之間進(jìn)行權(quán)衡。線性（低壓差）調(diào)節(jié)器比較安靜，但是多余的功率會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。開關(guān)穩(wěn)壓器具有較高的功率效率，但噪聲較大。圖1使用校準(zhǔn)來獲得兩全其美的效果。功率調(diào)節(jié)器的公差通常在5％到10％的范圍內(nèi)。現(xiàn)在，設(shè)想一個(gè)具有裕度的系統(tǒng)，該裕度必須最小化功耗。兩個(gè)穩(wěn)壓器的輸出均經(jīng)過單獨(dú)的低通濾波器或去耦，以將噪聲降至最低。大多數(shù)電源穩(wěn)壓器針對(duì)DC進(jìn)行了優(yōu)化，并且具有足夠的頻率響應(yīng)以響應(yīng)電源和負(fù)載變化。它們充當(dāng)反饋回路，將輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較。

MAX11600系列具有一個(gè)輸入多路復(fù)用器，后接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），可監(jiān)視多達(dá)12個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)。為了最大程度地降低功耗，我們通過設(shè)置開關(guān)上的數(shù)字電位計(jì)（電位計(jì)）來測量A點(diǎn)，該點(diǎn)考慮了開關(guān)去耦兩端的電壓降。B點(diǎn)測量通過調(diào)整LDO上的數(shù)字電位器來補(bǔ)償LDO去耦網(wǎng)絡(luò)上的電壓降。通過將開關(guān)設(shè)置為剛好高于所需的LDO電壓，我們可以以相對(duì)較低的功率損耗獲得相對(duì)安靜的功率。為了進(jìn)一步降低噪聲，可以將LDO替換為參考電壓，或者可以將參考電壓添加到LDO輸出以為關(guān)鍵電路（例如低噪聲放大器）供電。

編輯：hfy