结合余量和校准有效改善功耗和电源噪声抑制

对于制造电子产品的公司，质量控制是其系统的组成部分。为了获得青睐并确保获得客户的积极反馈，在整个生产过程中采用了不同的制造和分类技术。这不仅可以提高他们的利润，还可以使他们免于遭受工厂损失的麻烦，因此，可以降低材料的成本。

本应用笔记概述了电子裕度及其在产品出厂之前检测潜在系统故障中的价值。它是一种校准方法，可以有效地预测并允许进行调整以提高产品质量。保证金还可用于将产品分类为性能等级，从而使优质产品能够以高价出售。我们讨论了分类的缺点，并提出了分离产品的替代方法。

“保证金”一词具有多种含义。距今超过5000年前的黏土板上可以看到一种常见的页边距类型，即页面上印刷文本周围的空间。这个词最可怕的定义之一涉及以保证金购买股票（使用股票购买作为抵押品从经纪人那里借钱）。在1929年美国股市崩盘之前，人们最多可以借入股票价值的90％。如果股票价格下跌，则“追加保证金”要求人们付款以保留股票所有权。不满足追加保证金的要求意味着股票将被出售，而投资者可能会损失所有的钱。如今，保证金购买被限制在很小的百分比上。但是，我们将专注于计算机和电子行业的利润率。当第一个微处理器安装在主板上以制造计算机时，尤其是游戏玩家和改装者（修改者）想要更快的速度。因此，“速度裕度”诞生了。

速度裕度（也称为“推动”或“超频”）正在更改计算机的系统硬件设置，使其以高于制造商额定值的速度运行。通常可以通过调整CPU，内存，视频卡或主板总线的速度来在系统中的各个位置完成此操作。

通常，芯片会由制造商进行修整和测试，以确定它们以何种速度失效。然后，它们的额定速度比此速度低一级。IC制造商将尝试使他们的产品尽可能快，因为更快的硬件可以赚更多的钱。从统计上讲，晶圆中的某些IC可能能够以更高的速度运行。每个芯片都经过测试以查看其运行速度，而运行速度更快的芯片则被标记为“更高的速度”。由于测试非常严格和保守（因为必须保证部件以最低速度运行），因此游戏玩家认为可以将CPU推入其额定速度稍快一点，同时保持系统的稳定性。

超频者还发现，一些IC制造商故意低估了芯片，以满足市场需求并在高端和低端产品之间形成差异。有时，当制造商缺货时，他们会将较快的芯片包装为较慢的芯片，以满足需求。超频是否始终有效？不。但是，超频者之所以尝试，是因为从统计上讲有些成功。

余量的下一步

正如我们在应用笔记4345的“为什么数字方式为模拟”一节中讨论的那样，“接地良好，数字方式为模拟”，数字信号比模拟信号更能容忍噪声和电源电平。这是因为数字设备固有的阈值。只要信号高于或低于临界阈值水平，模拟设备就会立即损坏，而数字设备通常会运行。在数字系统中，故障是突然的（悬崖效应），因为信号的恶化最初（被阈值）抑制了，直到恶化到足以严重破坏数据的程度为止。在那里，有必要测试性能裕度，以确保产品在其保修期内和极端条件下都能正常工作。

裕度是计算机行业中使用很久的技术，它通过在比正常服务更困难的条件下进行测试来证明数字过程的可靠性。发生故障之前可以施加的额外压力程度是对性能裕度的度量。

边距技术可以成功应用，如果正确使用，将提供非常需要的置信度。通常有两种使电路边缘化的方法：一种是使用病理数据模式。根据所使用的系统和编码，长字符串“ 1”或“ 0”的数据模式缺少时钟数据，可能会影响阈值要求。第二种更通用的方法是更改​​电源级别（通常通过降低电压）。

校准裕度

在系统或PCB的设计阶段，设计人员必须定义测试协议。该过程将详细说明如何量化施加到被测设备（DUT）的压力，以及如何客观地将DUT分为各种性能级别或使产品不合格（表1）。该协议应清除早期的婴儿故障，并确保DUT将在其预期寿命内发挥作用。典型的协议会逐步降低电源电压，可能会更改其他参数（如时钟速度）并监视一些关键功能参数。例如，可以设置限制，以将DUT分为高性能到低性能的单元，并删除出现故障的设备。

使用

余量和校准的其他方法通过结合余量和校准，可以满足其他系统规格。可以改善的参数包括功耗和电源噪声抑制（见图1）。

工程似乎总是要在某些优点和缺点之间进行权衡。线性（低压差）调节器比较安静，但是多余的功率会转化为热量。开关稳压器具有较高的功率效率，但噪声较大。图1使用校准来获得两全其美的效果。功率调节器的公差通常在5％到10％的范围内。现在，设想一个具有裕度的系统，该裕度必须最小化功耗。两个稳压器的输出均经过单独的低通滤波器或去耦，以将噪声降至最低。大多数电源稳压器针对DC进行了优化，并且具有足够的频率响应以响应电源和负载变化。它们充当反馈回路，将输出电压与参考电压进行比较。

MAX11600系列具有一个输入多路复用器，后接一个模数转换器（ADC），可监视多达12个独立的点。为了最大程度地降低功耗，我们通过设置开关上的数字电位计（电位计）来测量A点，该点考虑了开关去耦两端的电压降。B点测量通过调整LDO上的数字电位器来补偿LDO去耦网络上的电压降。通过将开关设置为刚好高于所需的LDO电压，我们可以以相对较低的功率损耗获得相对安静的功率。为了进一步降低噪声，可以将LDO替换为参考电压，或者可以将参考电压添加到LDO输出以为关键电路（例如低噪声放大器）供电。