我們在設(shè)計一個硬件系統(tǒng)的時候,首當其沖要考慮的是什么?
功耗!這是很容易被忽略的卻格外重要的東西。這個問題反映在主電源上,就是要考慮電源的待載能力。 很多時候我們想當然的假設(shè)電源的待載能力足夠,從而忽略對于功耗的考量。
我回顧了一下,產(chǎn)生這樣想當然的假設(shè)的原因,是大多數(shù)時候我們都在設(shè)計手機類的移動電子消費品。而這種消費品的一個特點,就是鋰電池供電。鋰電的待載能力相對一般的開關(guān)電源/線性電源來講,是很優(yōu)秀的。
舉個栗子,就算是低配的電池,它的瞬時待載能力也可以達到5A,好一些的可以到5C,甚至10C;而持續(xù)待載能力也可以達到1C。這里,5A就是我們電流的絕對大小,5安培。C指的是電池容量。假設(shè)電池是3000MAH的容量,那么1C就指的是3A。而5C就是15A。也就是說,該電池的瞬時供電電流可以達到5A,持續(xù)供電電流可以達到3A。這種待載能力可以覆蓋絕大多數(shù)的手機類產(chǎn)品。
因此,我們設(shè)計久了手機類的產(chǎn)品,會對系統(tǒng)供電的待載能力越來越模糊,甚至不會特意留意它。而假若設(shè)計的是需要供電類的產(chǎn)品,類似路由、交換機、CPE這樣的產(chǎn)品,就要格外留意輸入總電源的待載能力了。
而剛剛提到, 電源的待載能力可以分為兩部分:瞬時待載能力和持續(xù)待載能力。
瞬時待載能力是指電源在某一瞬間所能提供的最大供電電流。持續(xù)待載能力是指電源在持續(xù)的一段時間內(nèi),或者長時間可提供的最大供電電流。 我們知道有很多瞬發(fā)電路,平時不工作的時候功耗極低,工作的某一時刻就會讓負載瞬間抖動極大。這時候就要考驗電源的瞬間待載能力是否過關(guān)了。
這種電路最典型的就是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的2G模式。我們知道2G網(wǎng)絡(luò)主流是GSM、GPRS兩類網(wǎng)絡(luò),而均為時分多址的網(wǎng)絡(luò)。傳輸數(shù)據(jù)的時候,是通過burst(突發(fā)脈沖)來發(fā)射信息。GSM每個burst間隔4.615ms。也就是說,每4.615ms里會有一個脈沖發(fā)射,這就是負載的劇烈變化。GSM通話時候的平均功耗總體下來也就500-600MA,但每一個burst的時候瞬時電流能達到2-2.5A。這時候就要做好電源的整體規(guī)劃。要看一下電源的瞬間待載能力是否能滿足負載的劇烈抖動。
針對這種瞬時待載能力不能達標的電源,如果這個“瞬時”持續(xù)時間短的話,我們可以大致的計算一個能量范圍,選取一顆大的電容就可以解決這個問題了。一般的經(jīng)驗值,預(yù)留在12V電源上一顆220UF的電解電容幾乎可以解決絕大部分的瞬時待載能力不足的問題。
而持續(xù)待在能力就是考驗電源的指標了,我們選擇電源也要根據(jù)它的能力去選擇。首先要根據(jù)單模塊的功耗來選擇分級電源;分別計算清楚每一塊功能區(qū)域的功耗,按照效率折算到總輸入端的電源上,從而來選取總電源的型號。 而在走線上,也要注意電源出線盡量按照功耗計算寬度,并留有余量。同時,盡量在源端出線,走樹形結(jié)構(gòu),而不是菊花鏈結(jié)構(gòu),這樣能盡量避免不必要的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶來的干擾。
硬件系統(tǒng)的供電是硬件設(shè)計之初就應(yīng)該重點考慮的問題。一個好的供電系統(tǒng)并不能在硬件中給人突出的驚艷感。但一個不合理的供電系統(tǒng)卻會給整個硬件帶來各種各樣奇怪的問題,讓你思路混亂,甚至不知道到底是哪里出現(xiàn)了問題。它就像空氣,正常的時候,你從來察覺不到它的存在;一旦它不正常了,所有的設(shè)計都要推倒重來,導(dǎo)致整個硬件設(shè)計失敗。
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