實話實說電源設計

　最近，我遇見了一個老朋友，他是一位很有經驗的模擬電路工程師，從事高可靠服務器用電源子系統的設計工作。他說，他設計的寬度為 19 英寸的典型機架安裝電路板要消耗 100A 的電流。我對此一點也不感到驚訝。我們都知道，今天的處理器耗電很大，因為芯片上有幾百萬個有源器件，其耗電累加起來也就不得了。

　　但我的朋友又披露了另一個統計數字：他設計的典型電路板上有約 30 個獨立的電源網絡。每個電源網絡都有不同的標稱電源電壓、精度以及調整率；在有些情況下，這些標稱電壓只相差十分之幾伏。再則，每個電源網需要有自己的穩壓器以及一系列去耦電容器，以便控制從近乎直流直至幾百千赫帶寬內的旁路阻抗。設計師必須分析并實現每個電源網絡的供電與返回路徑，以及大量的 PCB 板走線。在最終設計中，直流電源子系統的走線與電容器要占去電路板面積的一大部分。設計師必須精心建立所有這些因素的模型，以確保電流路徑得當，以及 IR 壓降很小。在達到這些電流電平時，這可不是件簡單的工作。

　　然而，高質量電源子系統與其配電系統之間卻存在一個難題。盡管供電在任何系統中都是一種不可或缺的功能，但它卻無法獲得用戶的直接贊賞或認同。用戶需要的是額外的特性、功能和性能；供電被看作設計中固有的部分。增加特性有利于營銷宣傳，并獲得更多的利潤，而電源網絡的元件成本和占板面積卻沒有這些好處。事實上，有些人會把電源子系統占用的電路板面積看作沒有意義的負擔，就像財務部門或郵件收發室一樣。

　　我希望，你作為系統設計師或電路設計師能對物料清單上的元器件的選擇產生重大影響。我的這位朋友指出，為最大限度地減小電源網絡的負擔，你可以做幾件基本工作。首先，要幫助電源子系統設計師開發設計一組基本的穩壓器（可以使用線性穩壓或開關穩壓技術），這樣，你就可以在電路板上重用這些設計。為了使這項工作有價值，你還應該根據每一個標稱電壓來平衡電流負載，使之處于同一范圍內，因為你找不到一種經濟實惠設計能支持 10mA 和 1A 兩種負載。

　　其次，你還必須律已。面對浩瀚的 IC 世界，切忌貪婪心態。要選擇那些共同使用標稱電壓較少的元件。要努力尋找符合數據表規格的部件，盡管其電源調整率為5%，因為更嚴格的規格會限制電源的靈活性。要使用標準的多輸出電源的電壓組合（最好來自多個廠家），這樣就可以成對地選擇不同的輸出電流和調整率，以支持多個 IC，而不是僅僅支持一兩個 IC。

　　你要在兩個方面進行權衡：一方面是你想選用最合適的 IC，另一方面你在了解其獨特的電源要求時電源網絡設計的影響后想獲得所需的特點與功能。換句話說，你要做工程師們經常做的折衷工作（這些工作有時一目了然，但一般都難以定奪）：權衡優缺點，對折衷方案作出評判，努力達到能滿足市場要求的功率、價格和性能最佳點。




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